DE2325363A1

DE2325363A1 - Anordnung zur verarbeitung von echosignalen, die von einem aktiven schallortungsgeraet empfangen werden

Info

Publication number: DE2325363A1
Application number: DE2325363A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1973-12-06
Also published as: FR2184480A1; NL7306960A; JPS4967591A; IT987309B; FR2184480B1; US3854115A; CA1003944A; GB1437269A

Description

represents par le

Ministre des Armees (Armement)

10 rue Saint-Dominique

75 Paris VIIe-Frankreich

Unser Zeichen: E 751

Anordnung zur Verarbeitung von Echosignalen, die von einem aktiven Schallortungsgerät empfangen werden.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Ortung von Unterwasserzielen durch aktive Schallortungsgeräte. Sie betrifft ein System, mit dem die" Korrelation zwischen den im Verlauf aufeinanderfolgende Abtastungen empfangenen Echos, die von einem oder von mehreren Zielen stammen, angezeigt werden kann« Die Anordnung nach der Erfindung kann'als Zusatz zu gewissen vorhandenen aktiven Schallortungsgeräten verwendet werden.

Ein Hauptproblem bei der Ortung von Unterwasserzielen ist die Beseitigung von Störechos. Neuere Entwicklungen haben die Unterscheidung zwischen einem Nutzsignal und Störsignal durch eine logische Verarbeitung von abgetasteten Empfangssignalen ermöglicht. Besonders im Fall von aktiven Schallortungsgeräten kann man auf diese Weise

Lei/Pe

98 49/0 498

-ζ-

dahin kommen, ein Nutzecho vollständig zu isolieren, während jedes noch so starke Störsignal unterdrückt wird, wenn es merklich kürzer als das Nutzecho ist.

Die bisher bekannten Systeme zur "aktiven" Ortung von Unterwasserzielen nutzen jedoch den periodischen Charakte.r der festzustellenden Erscheinung nicht aus. Mit der Erfindung wird dagegen eine zeitliche Korrelation zwischen Nutzechos hergestellt, die von dem gleichen Ziel im Verlauf von mehreren aufeinanderfolgenden Abtastungen zurückgeworfen werden, wodurch die Identifizierung der Echos in Bezug auf das Ziel merklich verbessert wird. Durch optimale Ausnutzung der neuesten technologischen Entwicklungen ermöglicht die Erfindung ferner die Anwendung.dieses Prinzips einer Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen bei sogenannten "Panoramasystemen", die eine beträchtliche Anzahl von gleichartigen Empfangskanälen aufweisen.

Die Erfindung geht bei der Identifizierung der Echos in Bezug auf ein Ziel insofern noch weiter, als sie eine zeitliche Korrelation zwischen Nutzechos herstellt,

if

die vom gleichen Ziel im Verlauf von mehreren aufeinanderfolgenden Abtastungen zurückgeworfen werden.

Die Erfahrung zeigt, daß im Fall von schwachen Echos in einer Folge von N aufeinanderfolgenden Abtastungen nicht N Echos vom gleichen Ziel erhalten werden, sondern eine kleinere Anzahl η < N.

Die erfindungsgemäße Anordnung enthält Einrichtungen, welche die Korrelation zwischen η Echos durchführen, die

9849/0498

<_ 3 —

vom gleichen Ziel im Verlauf von N aufeinanderfolgenden Abtastungen empfangen werden.

Die folgende Beschreibung betrifft insbesondere den Fall von Sonargeräten.

Bekanntlich arbeitet ein aktives Schallortungsgerät in wiederkehrenden Perioden, die ein Sendeintervall (beispielsweise mit einer Dauer zwischen 10 und 300 Millisekunden) und ein Abtastintervall (mit einer Dauer zwischen 2 Sekunden und 1 Minute, je nach der Entfernung zwischen Ziel und Verfolger)«enthalten. Sobald ein Abtastintervall beendet ist, findet unmittelbar die nächste Sendung statt, auf die eine neue Abtastung folgt u.s.w.

Im allgemeinen ist das Ziel nicht unbeweglich, so daß sich zwischen dem Zeitpunkt des Auftreffens des" ersten Sendeimpulses und dem Zeitpunkt des Auftreffens des zweiten Sendeimpulses die Entfernung zwischen Verfolger und Ziel wegen der radialen Ortsveränderung des Ziels ("Ziel-Radiale") verändert hat. Andererseits ist das das Schallortungsgerät tragende Schiff im allgemeinen ebenfalls beweglich, so daß es eine Eigenradialgeschwindigkeit aufweist, die "Verfolger-Radiale" genannt wird. Die Entfernung zwischen Verfolger und Ziel ist daher mit einer "Gesamtradialen" behaftet: wenn man als Zeitursprung jeweils den Beginn der jeder Abtastung vorangehenden Sendung wählt, trifft im Verlauf einer als erste Abtastung angesehenen Abtastung das Echo am Schallortungsgerät zur Zeit T ein. Die Gesamtradiale ergibt die Wirkung, daß der Zeitpunkt des Erscheinens des zweiten Echos im Verlauf der zweiten Abtastung mit einer Differenz δ behaftet ist. Das im Verlauf der dritten Abtastung empfangene Echo

849/0498

ist dann mit einer Differenz in Bezug auf die erste Abtastung behaftet, die sehr nahe bei 2 6 liegt, da sich die Radiale zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen nur unmerklich ändert.

Nun hat aber die Gesamtradiale eine obere Grenze: wenn die möglichen Höchstgeschwindigkeiten V1, V2 der beiden Fahrzeuge genau in einer Linie liegen, ist diese obere Grenze + (V1 + V2),wenn sich die beiden Fahrzeuge voneinander entfernen und - (V1 + V2), wenn sie sich einander nähern. Für eine Abtastdauer äußert sich die maximale positive Radiale bei der zweiten Abtastung in einer gewissen maximalen Verzögerung Δ für das Auftreten des zweiten Echos in Bezug auf das Auftreten des ersten Echos; die maximale negative,Radiale äußert sich in einer gewissen maximalen Voreilung Δ für das Auftreten des zweiten Echos in Bezug auf das Auftreten des ersten Echos. Bei der dritten Abtastung äußert sich die maximale positive Radiale in einer maximalen Verzögerung 2 Δ für das Auftreten des dritten Echos., und die maximale negative Radiale äußert sich in einer maximalen Voreilung 2 Δ für das Auftreten des dritten Echos.

Wenn als Zeitursprung der Beginn jeder Abtastung gewählt wird, erhält man somit eine Korrelation zwischen einem ersten Echo, das zur Zeit T im Verlauf einer als Anfang gewählten Abtastung empfangen wird, einem zweiten Echo, das im Verlauf der nächsten Abtastung zwischen den Grenzen (T -Δ) und (T +Δ) empfangen wird, und einem dritten Echo, das im Verlauf der übernächsten Abtastung zwischen den Grenzen (T - 2Δ) und (T + 2Δ) empfangen wird.

Mit anderen Worten bedeutet dies: ein zur Zeit T empfangenes erstes Echo, ein in dem "Zeitfenster" T ΪΔ empfangenes zweites Echo und ein in dem "Zeitfenster"TiA empfan-

3 09 8 49/0498

genes drittes Echo stammen wahrscheinlich von dem gleichen Ziel. Mit der Erfindung werden Anordnungen geschaffen, die eine solche Korrelation mittels logischer Signale durchführen.

Nun ist es zwar einfach, ein Zeitfenster zu öffnen, das zur Zeit T beginnt und entweder die Dauer Δ oder die Dauer 2 Δ hat (Fall der positiven Gesamtradialen), doch ist es physikalisch unmöglich, ein Zeitfenster der Dauer Δ oder 2 Δ in einem Zeitpunkt zu öffnen, der noch nicht bekannt ist (Fall'der negativen Gesamtradiale).

Mit der Erfindung werden auch Einrichtungen zur Behebung dieser Schwierigkeit geschaffen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden auch Einrichtungen vorgesehen, welche automatisch die Verfolger-Radiale berücksichtigen, wodurch eine Verringerung der Breite der Zeitfenster möglich ist; da die Breite der Zeitfenster dann ausschließlich in Abhängigkeit von einer ^N vorbestimmten maximalen Ziel-Radialen festgelegt ist, ist sie somit kleiner als im Fall von Zeitfenstern, die durch die Gesamtradiale bestimmt sind; in schmäleren Zeitfenstern findet man naturgemäß weniger Falschechos.

In der folgenden Beschreibung wird unterstellt, daß die empfangenen Signale nach einem hier nicht näher beschriebenen Verfahren zuvor in die Form vpn logischen Signalen (Binärsignalen) gebracht worden sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1, 2, 3a, 3b Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 ein Übersichtsschema einer Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung, - ,

Fig. 5 das Schema einer Hilfssynchronisieranordnung für die erfindungsgemäße. Anordnung,

Fig. 6 das Schema einer logischen Schaltung, mit der nach Belieben eine Korrelation über eine veränderliche Anzahl von Abtastungen durchgeführt werden kann,

Fig. 7 das Schema einer zusätzlichen Anordnung, die in Verbindung mit der Anordnung von Fig. 4 eine Verringerung der Breite der Zeitfenster ermöglicht und

Fig. 8 das Schema einer Anordnung zur Erzeugung einer bei der Anordnung von Fig. 7 verwendeten Frequenz.

Fig. 1 ist ein lineares Zeitdiagramm, das die Anfangszeitpunkte 01, Op, 0, von drei aufeinanderfolgenden Abtastungen zeigt. Jede Abtastung hat die Dauer B. Im Verlauf der ersten Abtastung wird ein erstes Echo E^ im Zeitpunkt T (d.h.T Sekunden nach dem Zeitpunkt CL) empfangen.

Wenn die Gesamtradiale r Null wäre, würde das zweite Echo E'p zur relativen Zeit T (d.h. T Sekunden nach dem Zeitpunkt Op) empfangen werden, mit einer Verzögerung von B Sekunden in Bezug auf das Echo E₁, und das dritte Echo E¹, würde im gleichen relativen Zeitpunkt T mit einer

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Verzögerung um B Sekunden nach dem Echo E'₂ empfangen werden.

Infolge des Bestehens einer· (beispielsweise positiven) Radialen r wird das zweite Echo E₂ um δ Sekunden nach dem Zeitpunkt E'₂ empfangen, und das dritte Echo E, wird um etwa 2 6 Sekunden nach dem Zeitpunkt E¹^ empfangen. Es gilt:

δ «=' —

Darin sind:

r : die Gesamtradiale

c : die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im

Wasser;
B : die Dauer der Abtastung.

Der Faktor 2 berücksichtigt die Verdoppelung der von den Schallwellen auf dem Hinweg und dem Rückweg zurückgelegten Strecke.

Aus den bereits eingangs erläuterten Gründen ist δ mit Sicherheit kleiner als.ein Maximalwert Δ , und 2 δ ist kleiner als 2Δ . In Fig. 1 sind die "Fenster" -Δ und - 2Δ eingetragen. Dabei gilt:

worin R die größtmögliche Gesamtradiale ist.

Fig* 2 zeigt eine Umordnung des Diagramms von Fig. 1, die dadurch erhalten worden ist, daß die drei Anfangszeitpunkte

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O₁, Op, O^ der Abtastungen, die jeweils im Abstand B voneinander liegen, in eine Linie untereinander gebracht worden sind. Im Abstand T von der durch die Punkte 0,., Op, O^ gehenden Achse ist eine Achse D_Q gezeichnet, auf der die Punkte E₁, E¹,, E', liegen. Ferner sind zwei geneigte Geraden D₁ und Dp aufgetragen, die ein Dach bilden, das die Abszissenpunkte T, Τ-Δ, Τ-2Δ einerseits und die Abszissenpunkte T, Τ+Δ , Τ+2Δ andererseits verbindet. Das zweite Echo und das dritte Echo, die von dem gleichen Ziel wie das Echo E. stammen, liegen mit Sicherheit auf den so abgegrenzten Segmenten. Eg sind insbesondere die Echos Ep und E, mit der Abweichung δ "bzw. 2 δ dargestellt, die auf einer Geraden d liegen.

Das Diagramm von Fig. 2 kann aus dem zuvor erläuterten Grund nicht unmittelbar physikalisch verwirklicht werden'.

Um dieses zu erreichen, verursacht man mit geeigneten Mitteln, die später erläutert werden, ein Ver- · schwenken der Fig. 2 in der Weise, daß 'die Gerade D₁ auf die Senkrechte durch den Punkt E₁ gebracht wird, wie bei D¹^ in Fig. 3a dargestellt ist. Die neue Gerade D¹ schneidet die Achse Op bei E¹ρ im Abstand T +Δ und die Achse 0-, bei E'-, im Abstand T + 2 Δ. Die neue Gerade D'ρ schneidet die Achse Op im Abstand T + 2 Δ und die Achse O₃, im Abstand T + 4 Δ. Die Klammern bezeichnen die neue Lage der

Punkte in Fig. 3a gegenüber der Lage in Fig. 2.

In Fig. 3a ist ferner die neue Gerade D¹ dargestellt, welche die Achse Op im Abszissenpunkt T +Δ + δ und

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die Achse O, im Abszissenpunkt T + 2Δ + 2-6 schneidet.

Die Geraden D'^, D'q und D'₂ schneiden die Achse 0, in den Punkten a, b bzw. c.

Diese neue Anordnung ist das Abbild einer physikalisch befriedigenden Situation, da man für jedes Echo über einen vollkommen bekannten Zeitursprung verfügt, welcher der' Zeitpunkt T des Eintreffens des ersten Echos E^ ist, und zwar unabhängig von dem Vorzeichen der Radialen.

Das Verschwenken des Diagramms wird dadurch erreicht, daß den auf der Achse Op aufgetragenen Informationen eine Verzögerung Δ und den auf der Achse O^ aufgetragenen Infor-• mationen eine Verzögerung 2 Δ erteilt wird.

Für den Fall, daß Verfolger und Ziel mit der Höchstgeschwindigkeit aufeinander zufahren, werden die beiden Informationen E₂ und E^ genau in Koinzidenz mit der Information Ε., gebracht.

Außerhalb dieses Sonderfalls muß das Auftreten des Echos . E ,j bis zum Eintreffen der Echos Ep und E, und das Auftreten des Echos Ep bis zum Eintreffen des Echos E^ festgehalten werden. Da die Verzögerung des Echos E, gegenüber dem Echo E₁ den Wert 4 Δ und die Verzögerung des Echos Ε-, gegenüber dem Echo Ep den Wert 2 Δ erreichen kann, müssen die Aufrechterhaltungsschaltungen, die "Zeitfenster" genannt werden, so beschaffen sein, daß sie den Vergleich während dieser Zeiten von 4Δ bzw. 2Δ erlauben.

Fig. 3b zeigt ein Beispiel für das Öffnen der Fenster als Ergänzung zu dem in Fig. 3a gegebenen Beispiel. Der Zeit-

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punkt des Erscheinens des Echos E^ bestimmt die Wartezone der Dauer 4 Δ , die durch die Strecke a - "c auf der Achse CU und durch die Strecke a'-c' auf der Achse Op dargestellt ist.

In gleicher Weise bestimmt das Erscheinen des Echos Ep die Wartezone der Dauer 2 Δ , die durch die Strecke e - f auf der Achse 0, dargestellt, ist. Diese Wartezoneri entsprechen der maximalen relativen Verzögerung, mit der die Echos auf den Achsen Op bzw. O^ erscheinen können, wobei es noch möglich ist, eine zeitliche Übereinstimmung über drei aufeinanderfolgende Abtastungen zu erhalten.

Fig. 4 zeigt das Schema einer Anordnung zur Durchführung des anhand von Fig. 1 erläuterten Prinzips entsprechend den Maßnahmen von Fig. 3a und 3b.

Die zu verarbeitenden logischen Signale kommen an einer Klemme S an. Die Signale gehen durch zwei- Verzögerungsglieder 10 und 11, die hintereinandergeschaltet sind und jeweils eine Verzögerung erzeugen, die gleich der Dauer B einer Abtastung ist. Diese Verzögerungsglieder sind vorzugsweise Schieberegister mit N Stufen, deren Fortschalte eingang Taktsignale H empfängt"

Die Frequenz F der Taktsignale H ist so bemessen, daß gilt:

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Jedes Schieberegister 10, 11 hat beispielsweise 400 Stufen, von denen jede Stufe eine Verzögerung von B/400"liefert.

Das Verzögerungsglied 11 gibt ein Signal S^ ab, welches das erste empfangene Echo.E₁ ist (d.h. ein Echo, das willkürlich als erstes Echo gewählt ist), und das gegenüber dem Signal S, um 2B verzögert ist.

Vom Ausgang S₁ des Verzögerungsglieds 11 geht das Signal E₁ durch eine Schaltung 15, die ein Zeitfenster der Dauer 4D bildet und der Steuerung durch ein Taktsignal H¹¹ unterworfen ist.

Eine erste Abzweigung S-, liefert ein Signal, das mit dem Echo O^ identisch ist. Dieses Signal geht durch ein Verzögerungsglied 12 (Ausgang SO mit der Verzögerungszeit 2 Δ , das gleichfalls durch ein Schieberegister gebildet ist, das durch ein Taktsignal H' fortgeschaltet wird.

Zwischen den Verzögerungsgliedern 10 und 11 liefert eine zweite Abzweigung S₂ das Echo Ep» das um eine Dauer B gegen das Signal S-, verzögert ist. Das Signal Sp geht durch ein Verzögerungsglied 13 (Ausgang S'p), das eine Verzögerung Δ erzeugt und durch ein Schieberegister gebildet ist, das durch das Taktsignal H' fortgeschaltet wird; anschließend geht das Signal durch eine Schaltung 14, die ein Zeitfenster der Dauer 2 Δ bildet und durch das Taktsignal H^!' gesteuert wird. Die Taktsignale H' und H'' sind in der folgenden Weise festgelegt:

Die Frequenz F' des Taktsignals H¹ ist so gewählt, daß gilt:

3QS849/0498

p. · ^N12 - ^2Δ

ebenso^;:

	.N₁	2325363
1 F«	^N1 Δ	3 =^Δ
F'	3.

Darin sind N₁₂ und N₁, die Anzahl der Stufen, welche die Verzögerungsglieder 12 bzw. 13 bilden.

Die Schaltungen 14 und 15 können beispielsweise aus Schieberegistern gebildet sein, deren Stufenzahl einerseits mit dem Wert der vorbestimmten maximalen Radialen und andererseits mit der Frequenz des Taktsignals H¹' zusammenhängt. Der Ausgang jeder Stufe ist mit dem Eingang einer Oder-Schaltung verbunden, die ebenso viele Eingänge hat,wie Stufen in dem Schieberegister 14 bzw. 15 vorhanden sind; dies sind die Oder-Schaltungen 17 für die Stufen der Schaltung 14 (Ausgang S^l! ₂) und die Oder-Schaltung 18 für die Stufen der Schaltung 15 (Ausgang S^). Die Ausgänge der Oder-Schaltungen 17 und 18 liefern den logischen Wert 1 während des ganzen Durchgangs des Signals durch das betreffende Schieberegister. Es gilt also mit den gleichen Bezeichnungen wie oben:

2 Δ 4 Δ

Man kann die Schaltungen so wählen, daß die Taktsignale H und H^!' identisch sind, so daß die Steuerschaltungen vereinfacht werden können.

Die Ausgänge der Schaltungen 12, 17 und 18 sind mit den drei'Eingängen einer Und-Schaltung (Koinzidenz-Schaltung)

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2325353

mit dem Ausgang R verbunden.

Das Verzögerungsglied 11 hat die Wirkung, die Achse O₁ mit der Achse O₂ in Koinzidenz zu bringen. Das Verzögerungsglied 10 hat die Wirkung, die beiden Achsen 0., und O₂ mit der Achse 0, in Koinzidenz zu bringen (siehe Fig. 2)

Das Verzögerungsglied 12 hat die Wirkung, alle Abszissenwerte der Achse 0, um den Betrag 2 Δ zu verschieben. Das Verzögerungsglied 13 hat die Wirkung, alle Abszissenwerte der Achse Op um den Betrag Δ zu verschieben (siehe Fig. 3a)

Die Schaltung 14 hat die Wirkung, das Vorhandensein des Signals Ep für die Dauer 2 Δ aufrecht zu erhalten. Die Schaltung 15 hat die Wirkung, das Vorhandensein des Signals E^ für die Dauer 4Δ aufrecht zu erhalten (siehe Fig. 3b).

Gemäß einer anderen Ausführungsform, die einfacher und wirtschaftlicher ist_s werden die Zditfenster durch monostabile Kippschaltungen oder analoge Schaltungen gebildet, welche die Dauer 2Δ bzw. 4Δ haben«

In diesem Fall entfallen die Oder-Schaltungen 17 und 18, und die Schaltungen 14 und 1'5 sind direkt mit den Eingängen der Und-Schaltung 16 verbunden.

Es ist zu erkennen, daß unter den zuvor angegebenen Bedingungen das verzögerte Echo S^f-, gleichzeitig mit dem zwischen a und c liegenden verzögerten Echo S₁ und mit dem zwischen a und b liegenden verzögerten Echo S'p zusammenfallen kann (siehe Diagramme von Fig. 3a und 3b); wenn also die drei Echos von dem gleichen Ziel stammen;

3 Q 9 8 4 9 /IH 9 8

- 14 - ■ -

besteht eine Koinzidenz der drei Eingangssignale der
Und-Schaltung 16, und man erhält am Ausgang R ein .Ausgangssignal als Anzeichen für die Korrelation zwischen
drei nacheinander vom gleichen Ziel stammenden empfangenen Echos.

Es ist wichtig, daß der Taktgeber, der die Fortschaltung der Schieberegister steuert, möglichst gut mit dem Beginn der Sendung des Sehallortungsgeräts (nachstehend "Sendemarke" genannt) synchronisiert ist. Nun ist es aber nicht möglich, den Sendezeitpunkt zu beherrschen, der merklich schwanken kann. Daraus könnte sieh eine vollständige Störung des Koinzidenzsystems ergeben.

Damit diese Störung auf einen vernachlässigbaren Wert herab·^ gesetzt wird, geht man von einer Pilotfrequenz F_Q aus, die sehr viel höher als die Frequenz F der Taktsignale H ist (beispielsweise F_Q = 100 F). Dadurch wird die Frequenz F der Taktsignale H in Bezug auf die Sendemarke mit einem
maximalen Zeitfehler synchronisiert, der gleich einer
Periode der Frequenz F_Q ist. Zu diesem Zweck wird die in Fig. 5 dargestellte Schaltung verwendet. -

Diese Schaltung enthält eine Und-Schaltung 1 mit zwei" Eingängen A und B, die am Eingang A die Frequenz Fq und am
anderen Eingang B ein Öffnungssteuersignal empfängt.

Die Schaltung enthält ferner einen Frequenzteiler 2 mit
dem Teilerfaktor 100, einen Impulszähler 3, dessen Zählkapazität 400 Impulse beträgt oder größer ist, einen Decodierer 4 für den Zählerstand 400 und eine an den Ausgang des Decodierers 4 angeschlossenen Negator 5.'Die
Schaltungen 2 und 3 werden beide im Sendezeitpunkt durch

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ein Signal RAZ auf Null zurückgestellt.

Am Ende der Sendemarke befinden sich somit die beiden Schaltungen 2 und 3 im Zustand Null".

Der Decodierer 4 liefert die Information "Zählerstand 400 nicht erreicht", die über den Negator 5 die Und-Schaltung 1 für den Durchgang der Signale mit der Frequenz Fq zum Frequenzteiler 2 öffnet.

Der erste Impuls der Frequenz Fq erscheint am Eingang des Frequenzteilers 2 mit einer Verzögerung, die höchstens gleich der Periode dieser Signalfolge ist, also mit der maximalen Verzögerung:

1 - 1

F₀ ⁼ TÖÖT.

Der erste Impuls des Taktsignals H wird, vom Ausgang des Frequenzteilers 2 nach dem Durchgang von 100 Impulsen der Frequenz F_Q abgegeben, also nach einer Zeit

Die maximale Abweichung zwischen dem Ende des Sende-Recht eckimpulses und dem ersten Impuls des Taktsignals H beträgt

F F„

0 ■

wobei das zweite Glied die größtmögliche Schwankung darstellt. Die Synchronisierung des Taktgebers in Bezug auf

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den Sendezeitpunkt erfolgt also mit einem maximalen. Fehler'von Λ% der Frequenz F, unabhängig von dem Wert dieser Frequenz F.

Wenn 400 Impulse des Taktsignals H vom Zähler 3 gezählt worden sind, liefert der Decodierer 4 die Information "Zählerstand 400 erreicht", die über den Negator 5 die weitere Zählung sperrt. Die Schaltung bleibt somit bis zum nächsten Sendezeitpunkt blockiert.

Die Frequenz F_Q wird so gewählt, daß der letzte Impuls des Taktsignals H gerade vor dem Beginn des Bereichs der relativen Änderung des Sendezeitpunkts abgegeben wird, damit die Schaltung für die nächste Synchronisation bereit ist.

Eine zu hohe Frequenz Fq würde eine Sperrung im Verlauf der Auswertung der Abtastung ergeben, was zwar den Betrieb des Systems nicht stören würde, aber den Verlust der Informationen zur Folge hätte, die zwischen dem Augenblick der Sperrung und dem Ende der-laufenden Abtastung erscheinen.

Fig. 6 zeigt ein, Schaltbild einer logischen Schaltung, die es ermöglicht, nach Wunsch die Korrelation über drei aufeinanderfolgende Abtastungen mit Hilfe der in Fig. definierten Signale S¹., S^!l ₂> S'-, durchzuführen.

Diese Schaltung schließt sich an den unteren Teil der Schaltung von Fig. 4 über die drei Klemmen 12, 17, 18 an, die den Ausgang des Verzögerungsgliedes 12, den Ausgang der Oder-Schaltung 17 bzw. den Ausgang der Oder-Schaltung 18 darstellen. Die entsprechenden Signale

3098A9/0A98

stammen von der Abtastung Nr. 3 (S'^), von der Ab- . tastung Nr. 2 (S¹'₂) bzw. von der Abtastung Nr. 1 (S¹.,).

Eine Und-Schaltung 30 empfängt, die. Signale S¹. und S^!lp und liefert das Ausgangssignal P=S¹. . S¹'₂. Eine Und-Schaltung 31 empfängt die Signale S'^ und S¹ 'p und liefert das Ausgangssignal q = S', . S¹^. Eine Und-Schaltung 32 empfängt die Signale S', und S¹^ und liefert das Ausgangssignal r = S¹^ . S'^.

Die Und-Schaltung 16 von Fig. 4 wird beibehalten und liefert das Ausgangssignal s = S'^ .S¹¹P . S'*· Die Signale p* q., r werden einer Oder-Schaltung 33 zugeführt, die das Ausgangssignal t = ρ + q + r liefert.

Eine Und-Schaltung 34 empfängt das Signal s und ein Handsteuersignal X. Eine Und-Schaltung 35 empfängt das Signal t und ein Signal X, das durch einen Ne- .·■ gator 36 aus dem Signal X gebildet wird. Die Ausgangssignale u und ν der Und-Schaltungen 35 bzw. 34 werden einer Oder-Schaltung 37 zugeführt, die ein Ausgangssignal w liefert.

Es ist unmittelbar abzuleiten, daß die logische Funktion w die folgende Form hat;

W = X (S'₁.S"₂.S^t ₃) + X (S¹^S'^+S'^.S Für X =1 erhält man die Korrelation über die drei Echos« Für X=O erhält man die Korrelation über jeweils zwei

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Echos, die paarweise aus' den drei Echos entnommen sind. . ~

Fig. 7 zeigt eine Ergänzung der Schaltung von Fig. 4,-die zusätzlich eine Korrektur der Verfolger-Radialen ermöglicht, wodurch die Zeitfenster verengt werden können.

Ein Umschalter K stellt in der Stellung I eine direkte Verbindung zwischen den Schaltungen 12 und 16 her, während er in dieser Stellung zwischen die Schaltungen 16 und ein Verzögerungsglied 40 nach Art eines durch ein Taktsignal H . fortgeschalteten Schieberegisters einfügt. In der Stellung II stellt der Umschalter Keine direkte Verbindung zwischen den Schaltungen 16 und 18 her, wäh- - rend er zwischen die Schaltungen 12 und 16 ein Verzögerungsglied 40* einfügt, das dem Verzögerungsglied 40 gleich ist und durch das Taktsignal H . fortgeschaltet wird. · ·

CX

Ein Verzögerungsglied 41 von gleicher Art wie die Verzögerungsglieder 40 und 40' ist dauernd zwischen die Schaltungen 17 und 16 eingefügt. Es wird ebenfalls durch das Taktsignal H . fortgeschaltet.

Cl '

Das das Schallortungsgerät tragende Schiff v/eist Vorwärts-Sendewege, Rückwärts-Sendewege und Quer-Sendewege auf, wobei an den Quer-Sendewegen (Seitenwinkel 90° und 270°) keine Korrektur für die Verfolger-Radiale vorzunehmen ist. Für diese Quer-Sendewege wird die in Fig. dargestellte Schaltung genommen.

Für die übrigen Sendewege entspricht die Schaltung der Darstellung von Fig. 7, wobei sich" für die Vorwärts-

3Q9849/Q498

Sendewege der Umschalter K in der Stellung II und für die Rückwärts-Sendewege der Umschalter in der Stellung I befindet.

Für die vom Schiff nach vorn gerichteten Sendewege ergibt die Verfolger-Radiale die Wirkung, daß das Echo der zweiten Abtastung um eine Zeit δ vor dem relativen Zeitpunkt des Eintreffens des Echos der ersten Abtastung eintrifft, und daß das Echo der dritten Abtastung um eine Zeit 2 δ vor dem relativen Zeitpunkt des Eintreffens des Echos der ersten Abtastung eintrifft, weil die Entfernung zwischen Verfolger und Ziel im Lauf, der Zeit abnimmt. Damit das Diagramm von Fig. 3 noch gilt, ist es dann erforderlich, das zweite Echo und das dritte Echo zeitlich im Verhältnis 1 : 2 zu verzögern.

Da sich das System auf dem Verfolgerschiff befindet, ist in jedem Augenblick die Geschwindigkeit des Verfolgers und der Seitenwinkel des die Echo empfangenden Sendewegs bekannt. Die Verzögerungen sind offensichtlich der Komponente des Geschwindigkeitsvektorte in dem betreffenden Sendeweg proportional; dies bedeutet, daß für die Verzögerungen sowohl die Geschwindigkeit als auch der Cosinus des Seitenwinkels berücksichtigt werden muß. Da die Wirkung der Geschwindigkeit quer zum Schiff Null ist, wird für die Sendewege mit den Seitenwinkeln 90° und 270° keine Korrektur vorgenommen.

Es sei daran erinnert, daß als Bezugsrichtung für die Seitenwinkel die Längsachse des Schiffes genommen wird, und daß die Drehrichtung der Messung dem Uhrzeigersinn entspricht.

9849/0498

Der Sendeweg 1 mit dem Seitenwinkel 0 ist also der Sendeweg, der der Vorwärtsrichtung des Trägers des Schallortungsgeräts entspricht.

Wenn das Gerät beispielsweise für ein Schallortungsgerät mit 24 Sendewegen bestimmt ist, beträgt der Winkelabstand zwischen den Achsen der Sendewege 15 .Die Cosinuswerte der verschiedenen Seitenwinkel sind einander paarweise entweder gleich oder symmetrisch, wodurch es möglich ist, die Korrektur bei 24 Sendewegen mit einer begrenzten Anzahl von Frequenzen, im vorliegenden Fall mit sechs Frequenzen durchzuführen.

"Die Auswirkung der Verfolgergeschwindigkeit, die 100 beim'Sendeweg 1 sein muß, muß etwa 75% bei den Sendewegen 2 und 24, etwa 50% bei den Sendewegen 3 und 23, etwa 30% bei den Sendewegen 4 und 22, etwa 14% bei den Sendewegen 5 und 21, etwa 3% bei den Sendewegen 6 und 20 und 0% bei den Sendewegen 7 und 19 betragen.

Diese Überlegung für die Vorwarts-Sendewege gilt auch für die Rückwärts-Sendewege, doch hat in diesem Fall die Auswirkung der Verfolgergeschwindigkeit ein umgekehrtes Vorzeichen, da sich das Verfolgerschiff vom Ziel zu entfernen sucht.

Die .verschiedenen erforderlichen Prozentsätze werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist, aus einer einzigen Frequenz H erhalten, die hundert mal größer als die für den Sendeweg 1 erforderliche Frequenz ist; die verschiedenen notwendigen Korrekturfrequenzen H₁ bis H /- werden durch sechs Frequenzteiler 51» 52, 53, 54, 55, 56 mit den Teilerfaktoren 100, 75, 50, 30, 14 bzw. 3 gebildet.

3Q9849/CU98

Die Frequenz H ihrerseits ist umgekehrt proportional zu der Verfolgergeschwindigkeit Vt. Die Geschwindigkeitsinformation ist an der allgemeinen Regelschaltung für die Waffen des Verfolgerschiffes verfügbar, die durch das Geschwindigkeitsmeßgerät des Schiffes, d.h. das Log gesteuert wird.

Diese Information wird als elektrische Größe über ein Dreileitersystem Z^", Zp» Z, geliefert. Die Anordnung enthält einen Umsetzer "50, 50', der die Korrekturfrequenz H in der Form H = k/vt liefert, wobei k ein Proportionalitätsfaktor ist.

Die/Schaltung 50' ist ein programmierter Frequenztei«'¹ ler, der es ermöglicht, die Frequenz H . (i = 1...6) in Abhängigkeit von der Dauer B der Abtastung einzustellen (Steuersignal Y).

Da die Verzögerungsglieder 40 und 41 von Fig. 7 durch Schieberegister gebildet sind, hat die Zeit, welche die Information zum Durchgang durch die Schaltung braucht, den Wert τ = N/H ., wenn N die Anzahl der Registerstu-

CX

fen und H . (i = 1....6) die Frequenz des zur Fort-Schaltung dienenden Taktsignals sind. Nun gilt H . =H /n,

CX C

wobei H die Korrekturfrequenz und η der Teilerfäktor für den betreffenden Sendeweg sind. Da andererseits gilt H, = k/Vt, folgt H . = k/nVt, und wenn dieser Wert in

C - CX

die Gleichung für die Zeit τ eingesetzt wird, erhält man:

Nn _ΛΓ.

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Die der Information erteilte Verzögerungszeit τ . ist also tatsächlich einerseits der Geschwindigkeit Vt des Verfolgers und andererseits dem mit der Lage des Sendewegs verknüpften Koeffizient η proportional. . .

Damit die Faktoren 1 und 2 entsprechend dem verzögerten Ausgang berücksichtigt werden, enthält das Verzögerungsglied 41 eine Anzahl N Stufen (beispielsweise 50), und das Verzögerungsglied 40 enthält 2 N Stufen (also 100).

Die durch die Verzögerungen und die Fenster von 2 Δ bzw. 4 Δ kompensierte maximale Gesamtradiale hat eine Komponente, die von der Verfolger-Radialen stammt, und eine Komponente, die von der Ziel-Radialen stammt, so daß gilt Δ = Δ + Δ, . Da das angewendete Verfahren die genaue Berechnung und Unterdrückung des Gliedes Δ, ermöglicht, sind die an den Eingängen der Und-Schaltung 16 erscheinenden Informationen nur mit dem Glied Δ, behaftet. Es ist also nun möglich, Verzögerungszeiten und Fensterzeiten vorzusehen, die nur die Ziel-Radiale berücksichtigen. Das.Verfahren bleibt dem zuvor beschriebenen Verfahren völlig gleich, doch sind die Schaltungen 12, 13, 14 und 15 nur auf · Grund der Ziel-Radialen berechnet. Im Fall eines aktiven Schallortungsgeräts kann der Geschwindigkeitsbereich des Verfolgerschiffes zwischen 0 und Knoten betragen, und der Geschwindigkeitsbereich des Zieles kann im Fall eines Unterseebootes 0 bis Knoten betragen. Der gesamte Meßbereich beträgt also - 45 Knoten im Fall einer Schaltung ohne Ver-

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folgerkorrektur, was eine unzulässig große Dauer der Fenster ergeben würde. Im Fall einer Korrektur der Verfolger-Radialen wird dieser Bereich auf ί 15 Knoten verringert. In diesem letzten Fall sind die verschiedenen Schaltungen verhältnismäßig einfach und billig herzustellen.

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Claims

P ate η t a η s ρ r ü c h e

1. Anordnung zur Verarbeitung von Echosignalen, die von einem aktiven Schallortungsgerät empfangen werden, wobei die im Verlauf von N aufeinanderfolgenden Abtastungen empfangenen Echos gleichzeitig verfügbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein ■Hauptschaltungskanal vorgesehen ist, der N - 1 Verzögerungsglieder enthält, deren Verzögerungszeit Jeweils der Dauer B einer Abtastung entspricht, daß in Abzweigung an jede der N Klemmen des Hauptschaltung skanals ein Nebenschaltungskanal mit einem Verzögerungsglied und einem Speicherglied angeschlossen ist, wobei die Verzögerungszeiten der Nebenschaltungskaiäle nach einer arithmetischen Reihe abnehmen, daß die Ausgänge sämtlicher Speicherzellen jedes Speicherglieds einzeln mit den Eingängen einer Oder-Schaltung verbunden sind, und daß eine Und-Schaltung mit N Eingängen mit den Ausgängen der N Oder-Schaltungen verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder und die Speicherglieder Schieberegister sind, deren Fortschalteeingänge alle die gleichen .Taktsignale empfangen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speicherglied und die mit seinen Zellen verbundene Oder-Schaltung durch einen monostabilen Speicher oder durch eine Schaltung mit äquivalenter Wirkung ersetzt sind.

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ORIQiNAL IMSPECTED

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschaltungskanal zwei Schieberegister enthält, die jeweils eine Durchlaufzeit der Dauer B erzeugen, daß der erste Nebenschaltungskanal ein Schieberegister der Durchlaufzeit 2 Δ enthält, daß der zweite Nebenschaltungskanal ein Schieberegister der Durchlaufzeit Δ in Serie mit einem als Speicher dienenden Schieberegister der Durchlaufzeit 2 Δ enthält, und daß der dritte Nebenschaltungskanal ein Schieberegister enthält, das als Speicher mit einer Speicherzeit 4 Δ dient, wobei die Dauer Δ gleich 2 RB/c ist, worin R die maximal mögliche Gesamtradiale, c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Yiasser und B die Dauer einer Abtastung sind, _%

Anordnung nach Anspruch 4, dadurch, gekennzeichnet, daß die zur Portschaltung der Schieberegister des Hauptschaltungskanals dienenden Taktimpulse aus den AusgangsSignalen eines Oszillators, dessen Frequenz das k-fache der Taktfrequenz ist, durch einen ersten Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor k in Verbindung mit einem zweiten Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor ρ erzeugt werden, wobei ρ die Anzahl der Stufen der Schieberegister mit der Durchlaufzeit B ist.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oder-Schaltungen der N Nebenschaltungskanäle außer mit der Und-Schaltung mit N Eingängen in allen möglichen Kombinationen zu je ρ Oder-Schaltungen mit Und-Schaltungen mit je ρ Eingängen verbunden sind, deren Anzahl gleich der Anzahl der Kombinationen ist, und daß die Ausgänge die-

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ser Und-Schaltungen sowie der Und-Schaltung mit N Eingängen mit den Eingängen einer logischen Schaltung verbunden sind, die ein Handsteuersignal X empfängt und am Ausgang eine Oder-Schaltung aufweist, die für X = 1 die Korrelation der N Echosignale -in ihrer Gesamtheit und für X=O eine der Korrelationen von jeweils ρ der N Echosignale liefert.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt drei Nebenschaltungskanäle vorhanden sind, daß zwei der Nebenschaltungskanäle zusätzliche Schieberegister enthalten, von denen eines doppelt so groß wie das andere ist, und daß die zusätzlichen Schieberegister durch ein Taktsignal fortgeschaltet werden, dessen Frequenz der Geschwindigkeit des das Schallortungsgerät tragenden Schiffes, proportional und dem angenäherten Cosinus des Seitenwinkels des betreffenden Sendewegs, der zu den Vorwärts-Sendewegen gehört, umgekehrt proportional ist.

8. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Nebenschaltungskanäle vorgesehen sind, daß in Serie mit jedem der "Verzögerungsglieder des Hauptschaltungskanals ein zusätzliches Schieberegister vorgesehen ist, daß die zusätzlichen Schieberegister alle einander gleich sind und durch ein Taktsignal fortgeschaltet werden, dessen Frequenz der Geschwindigkeit des das Schaltungsgerät tragenden Schiffes proportional und dem angenäherten Cosinus des Seitenwinkels des betreffenden Sendewegs, der zu den Rückwärts-Sendewegen gehört, umgekehrt proportional ist.

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