DE2426268B2

DE2426268B2 - Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die Navigation von Schiffen in seichtem Wasser

Info

Publication number: DE2426268B2
Application number: DE2426268A
Authority: DE
Inventors: William Rober Backman Jun.; Peter Jordan Barrington Clifford; James William Cummings; George Maxwell Walsh
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-05-31
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1439423A; JPS5855477B2; US3886487A; DE2426268A1; DE2426268C3; JPS5022657A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schallortungsund Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die Navigation von Schiffen in seichtem Wasser, mit einem Wandlersystem, welches an einer Haltevorrichtung zwischen zwei Grenzflächen einer schallübertragenden Strömungsmittelschicht derart gehaltert ist, daß der Schallstrahl des Wandlersystems im wesentlichen parallel zu den genannten Grenzflächen ausgelichtet ist.

Einrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 14 41 497 und der deutschen Offenlegungss. hrift 15 66 870 bekannt. Die bekannten Schallortungssysteme vermögen einen im wesentlichen vorausgerichteten Schallstrahl in einen Gewässerkörper auszusenden, doch besitzen sie die Eigenart, daß eine zuverlässige Ortung und Identifizierung von Navigationshindernissen wegen der gleichzeitig auftretenden Störungen durch die Gewässeroberfläche und den Gewässerboden nicht immer möglich ist und daß mittels der bekannten Schallortungssysteme nicht mit der erforderlichen Sicherheit erkennbar ist, wann ein Zielobjekt bei der augenblicklichen Fahrzeuggeschwindigkeit in eine gefährliche Nähe zu dem Fahrzeug kommt und eine Kollision herbeiführen kann.

Mit der Entwicklung großer Ozeanschiffe, insbesondere der neuartigen, übergroßen öltanker, sind Frühwarnsysteme für Navigationshindernisse erforderlich geworden, da verhältnismäßig lange Zeiten entweder für die Abbremsung oder die Kursänderung solcher Fahrzeuge notwendig sind. Navigationshinder nisse der hier betrachteten Art sind gesunkene Wracks oder Sandbänke und Untiefen, welche durch Echolotung erkannt werden können.

Bei der Bestimmung des Grades der Gefährdung bereitet die Identifizierung von gesunkenen oder verborgenen Objekten Schwierigkeiten, da hierfür ein Schallortungs- und Anzeigesystem hohen Auflösungsvermögens notwendig ist. Ein hohes Auflösungsvermögen erreicht man im allgemeinen mittels hochfrequenter Schallstrahlungsbündel, welche aber komplizierte Richtungscharakteristiken haben, wobei zusätzlich zu der Hauptstrahlungskeule eine Vielzahl von Nebenstrahlungskeulen auftritt. Schallortungs- und Anzeigeeinrichlungen dieser Art arbeiten in seichtem Wasser nicht mehr einwandfrei, da, wie bereits angedeutet, die Seitenstrahlungskeulen mit der oberen oder unteren Grenzfläche des Gewässers in Kontakt kommen und Störsignale aufgrund der Wellen an der Gewässeroberfläche oder der Bodenunregelmäßigkeiten am Gewässerboden verursachen. Diese Störsignale können diejenigen Signale überdecken, welche durch Reflexion von Objekten erhalten werden, so daß die Möglichkeiten einer erfolgreichen Identifizierung dieser Objekte vermindert werden. Auch sind hochfrequente Schallstrahlungsstrahlen hinsichtlich der Reichweite im Vergleich zu Schallortungssystem niedriger Frequenz aufgrund der stärkeren Dämpfung der hochfrequenten Schallstrahlung sehr begrenzt.

Weitere Schwierigkeiten bereiten bestimmte Fälle, in denen ein insgesamt glatter Gewässerboden ganz allmählich ansteigt, so daß praktisch keine Reflexionen von auftreffender Schallenergie in Horizontalrichtung erzeugt werden, wobei dies im wesentlichen die Einfallsrichtung in großen Entfernungen von einem Schiff ist, das auf dem betreffenden Gewässer fährt. Während bisher bekannte Echolotsysteme die jeweiligen augenblicklichen Tiefen feststellen können, erfordern große Schiffe eine gute Vorausmeldung von Navigationshindernissen. Bisher hat man also Informationen über die Verhältnisse des Gewässerbodens nicht rechtzeitig genug für eine Abbremsung oder eine Kursänderung zur Verfügung gehabt.

Weiter bestehen Probleme darin, daß die Reflexionen von untergetauchten oder gesunkenen Hindernissen oft nicht ausreichende Daten zur Identifizierung liefern, bis das betreffende, untergetauchte oder gesunkene Objekt verhältnismäßig lange beobachtet worden ist, während welcher Zeit das Schiff sich gegenüber dem betreffenden Objekt bereits über eine beträchtliche Strecke hinweg bewegt haben kann. Angesichts der Verlagerung des untergetauchten oder gesunkenen Objekts relativ zu dem sich bewegenden Schiff bereitet die Identifizierung Schwierigkeiten, da die bezüglich eines bestimmten Abstandes vom Schiff erhaltenen Daten nicht mehr mit den Daten übereinstimmen, die zuvor aus der Reflexion des zu identifizierenden Objekts erhalten wurden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß auch in einer starke Störungen verursachenden Umgebung eine zuverlässige Identifizierung von Zielobjekten, insbesondere von Navigationshindernissen in solcher Weise ermöglicht wird, daß auch eine Relativbewegung zwischen der Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung und einem Zielobjekt ohne Schwierigkeiten berücksichtigt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abhängig von der Geschwindigkeit einer Bewegung des Wandlersystems in dem Strömungsmittel gesteuerte Speichereinrichtungen zum Speichern von Daten entsprechend einem von dem Wandlersystem empfangenen Schallecho vorgesehen sind, welche einem Korrelator zum Vergleich der von dem Wandlersystem empfangenen Signale mit einem Bezugssignal zugeordnet sind.

Die akustische Energie wird also in einem Strahl abgegeben, der im wesentlichen zwischen zwei Grenzflächen eines schallübertragenden Mediums verläuft, wobei Störsignale, welche von diesen Grenzflächen herrühren, weitgehend dadurch vermieden werden, daß vorzugsweise eine Richtcharakteristik zur Wirkung kommt, welche im wesentlichen keine seitlichen Strahlungskeulen oder Nebenmaxima der Richtcharakteristik aufweist. In dem charakteristischen Beispiel, in welchem eine der Grenzflächen von den Wellen an der Meeresoberfläche zwischen Wasser und Luft gebildet wird, während die andere Grenzfläche der Gewässerboden ist, wird der Sendewandler eines nach vorne gerichteten Schallortungssystems an einer Haltevorrichtung so gehaltert, daß er angehoben oder in eine gewünschte Tiefe abgesenkt werden kann und außerdem kann der Sender bezüglich des Höhenwinkels verschwenkt und auch in Azimuthrichtung gedreht werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist noch ein weiteres Schallortungssystem vorgesehen, von welchem aus akustische Energie im wesentlichen nach abwärts gestrahlt wird, um aufeinanderfolgende Messungen der Gewässertiefe zu erhalten und Messungen über die Schiffsgeschwindigkeit oder Fahrzeuggeschwindigkeit über eine Dopplerfrequenzverschiebung abzuleiten, welche der vom Gewässerboden reflektierten Strahlung oder der von Grenzflächen zwischen Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur zurückgeworfenen Strahlung mitgeteilt wird. Ein Datenspeicher- und Wiedergabesystem ist vorzugsweise mit dem nach vorne so gerichteten Schallortungssystem und mit dem genannten zweiten Schallortungssystem verbunden, um die Daten zu speichern und darzustellen, welche von dem nach vorne gerichteten Schallortungssyslem abgeleitet werden, während die der Fahrzeuggeschwindigkeit oder Schiffsgeschwindigkeit entsprechenden Daten dazu verwendet werden, in dem Datenspeichersystem die Empfangsdaten mit der Relativgcschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug oder Schiff und den reflektierenden Objekten in dem Gewässer in Beziehung zu *> <> setzen. Auch wird ein Strandungsbereich-Vorausmelder angegeben, welcher aufeinanderfolgende Tiefenmessungen, die von dem zweiten Schallortungssystem abgeleitet werden, speichert und diese aufeinanderfolgenden Messungen dazu verwendet, durch Rechnung *>⁵ die Werte eines Strandungsbereichs zu extrapolieren, was beispielsweise von Wert ist, wenn eine Untiefe oder Sandbank eine allmählich ansteigende Oberfläche besitzt.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf besondere Vorteile anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es stellt dar

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schiffes mit mehreren Schallortungs- und Anzeigesystemen während der Navigation in verhältnismäßig seichtem Wasser,

Fig. 2 ein Blockschaltbild von Schallortungssystemen, welche mit einer Datenverarbeitungseinrichtung und einer Wiedergabeeinrichtung gekoppelt sind,

Fig.3 ein Blockschaltbild der Schallstrahlungs-Tiefenmeßeinrichtung und des Doppler-Schallortungssystems für die Einrichtung nach F i g. 2,

Fig.4 ein Blockschaltbild eines Vorausmelders, in welchem ein Strandungsbereich aus den Tiefenmeßdaten der Schallstrahlungs-Tiefenmeßeinrichtung nach F i g. 3 errechnet wird,

F i g. 5 ein Blockschaltbild des nach vorne gerichteter Schallortungssystems der Einrichtung gemäß F i g. 2,

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines Teils der Einrichtung nach F i g. 2 zur Geschwindigkeitskompensation, wobei die Doppler-Geschwindigkeitsdaten des Doppler-Schallortungssystems gemäß F i g. 2 zur Gewichtung der Daten verwendet werden, die von dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem gemäß F i g. 5 erhalten werden,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Datensteuergeräte« der Einrichtung nach F i g. 2, welche die von dem nacli vorne gerichteten Schallortungssystem abgeleiteter Daten speichert und der Schiffsposition oder Fahrzeugposition zuordnet und diese Daten zur Darstellung vorbereitet,

Fig. 7A ein Zeitdiagramm zur Erläuterung dei Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 7 und

F i g. 8 eine schematische Ansicht eines mechanischer Systems zur Anordnung und Halterung der Wandler des nach vorne gerichteten Schallortungssystems zui Einstellung der Richtung und Lage des Schallstrahls derart, daß eine minimale Störung durch Rauschsignalc von der unteren und oberen Grenzfläche des Gewässer« auftritt, auf welchem das betreffende Schiff navigiert.

In F i g. 1 ist schematisch ein Schiff 20 dargestellt, da: auf einem Gewässer 22 fährt und mit einer Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung 24 ausgerüstet ist welche auf dem Schiff 20 montiert ist und genauei anhand von F i g. 2 erläutert werden soll. Das Schiff 2i sendet vermittels der Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung 24 einen Strahl 26, welcher von einem nacr vorne gerichteten Schallortungssystem 28 unmittelbai am Vorderende des Schiffes 20 ausgeht, sowie zwe Schallstrahlen 30 und 32 aus, die im wesentlichen nacr abwärts gerichtet sind und von einem Paar vor Wandlern 34 und 36 ausgehen, welche in dem Rumpf des Schiffes 20 montiert sind und Teil eines Doppler-Schall ortungssystems 38 bilden, das genauer in den F i g. 2 unc 3 dargestellt ist. Die Schallortungs- und Anzeigeeinrich tung 24 enthält außerdem eine Wiedergabeeinrichtuni 40, welche sich auf der Brücke des Schiffes 20 befinde und ebenfalls in Fig.2 gezeigt ist. Eine vergrößern Ansicht der Anzeigefläche oder Mattscheibe 42 dei Wiedergabegerätes 40 ist in F i g. 1 abgebildet und zeig die Aufzeichnung 44 einer Vielzahl von Ed.os, die läng! des Richtstrahls 26 in Abhängigkeit von der Lage ihrei jeweiligen Reflcxionsquellen längs des Gewässerboden! 46 empfangen worden sind. Die Anzeigefläche odci Mattscheibe 42 enthält auch eine Warnungslinie 48 welche zur Abschätzung der Größe des Navigationshin

dernisses oder der Gefährdung aufgrund einzelner Teile der Aufzeichnung 44 dient, beispielsweise zur Abschätzung der Größe des Teils der Aufzeichnung 44, welcher durch den Strich 50 deutlich gemacht ist, welcher anzeigt, daß eine genügende Anzahl von Echos von einer bestimmten Reflexionsquelle oder einem bestimmten reflektierenden Objekt am Gewässerboden 46 empfangen worden ist, um auf ein mögliches Navigationshindernis hinzuweisen, wobei im vorliegenden Falle das Hindernis und die Reflexionsquelle von einem gesunkenen Wrack 52 gebildet ist. Außerdem erkennt man am der Anzeigefläche 42 eine Markierung 54, welche die Lage eines vorausgesagten Strandungsbereiches angibt, wobei die Vorhersage in einer noch zu beschreibenden Art und Weise von Tiefenmeßsignalen abgeleitet wird, die längs der Schallstrahlen 30 und 32 von aufeinanderfolgenden Stellen des Gewässerbodens 46 übertragen werden. Der Punkt im Strandungsbereich, welcher der Lage der Markierung 54 entspricht, ist in der Darstellung nach F i g. 1 durch das Kreuz 56 gekennzeichnet. Die Folge vertikaler Striche der Aufzeichnung 44, welche die Gestalt eines Hügels 58 hat, gibt die Gestalt der Sandbank 60 wieder, welche, wie man aus der Zeichnung ersieht, nicht hoch genug ansteigt, um die Gefahr einer Strandung zu verursachen und demgemäß liegt der Hügel 58 in der Darstellung auf der Anzeigefläche 42 des Anzeigegerätes 40 unter der Gefahrenlinie 48. Die Daten, welche in der Aufzeichnung die Sandbank 60 wiedergeben, wurden früher erhalten, als sich das Schiff 20 noch in größerem Abstand von der Sandbank 60 befand und diese von dem Strahlungsstrahl 26 getroffen wurde.

Wie genauer anhand von Fig.8 erläutert wird, befindet sich das nach vorne gerichtete Schallortungssystem 28 in genügendem Abstand von der Oberfläche 62 des Gewässers 22, so daß der Schallstrahl 26 sich ausbreiten kann, ohne daß Rauschsignale oder Rauschechos von den Wellen der Oberfläche 62 verursacht werden. Um eine genügende Reichweite des nach vorne gerichteten Schallortungssystems zu erzielen, besitzt die Energie des Schallstrahls 26 vorzugsweise eine niedrige Frequenz in der Größenordnung von 10 kHz bis 30 kHz.

In der Schallortungstechnik ist es bekannt, daß die Erzeugung eines sehr scharf begrenzten Richstrahls mit einer Öffnung des Strahls in der Größenordnung von 2° eine Sendeeinrichtung erforderlich macht, welche zu groß und schwer ist, um in üblicher Weise an Bord eines Schiffes montiert und mitgeführt zu werden. Eine niederfrequente Schallstrahlung wird daher in der hier vorgeschlagenen Einrichtung bevorzugtermaßen durch Ausnutzung einer nichtlinearen Wechselwirkung in dem schallübertragenden Medium erzeugt, wobei diese Erscheinung oft auch als endliches Amplitudenansprechen bezeichnet wird. Die nichtlineare Wechselwirkung findet zwischen zwei Schallstrahlen verhältnismäßig hoher Frequenz von beispielsweise größenordnungsmäßig dem Fünffachen bis Zehnfachen der niederen Frequenz des Schallstrahls 26 statt. Ein besonderer Vorteil der Ausnutzung des Effektes des endlichen Amplitudenansprechens ist es, daß ein sehr langer Bereich vor dem nach vorne gerichteten Schallortungssystems 28 beschallt wird, wobei die hohe Frequenz der erzeugenden Strahlen eine scharf begrenzte Richtcharakteristik der schließlich erhaltenen Strahlung niederer Frequenz bewirkt, wobei im wesentlichen keine Nebenmaxima oder seitliche Strahlungskeulen auftreten. Dies gibt in sehr vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den Schallstrahl 26 im wesentlichen horizontal zu orientieren, wobei die obere Begrenzung des Strahls unterhalb der Wellentäler bleibt, welche an der Gewässeroberfläche 62 auftreten können, ohne daß wesentliche Mengen von Schallenergie an den Wellen reflektiert werden. In entsprechender Weise ist die reflektierte Strahlung frei von Störsignalen oder Rauschsignalen aufgrund der gegenüberliegenden Grenzfläche des Gewässers 22 zum Gewässerboden 46 hin, so daß nur Erhebungen des Gewässerbodens 46,

ίο beispielsweise aufgrund des gesunkenen Wracks 52 oder scharfe Abstufungen des Gewässerbodens als Quellen für Echosignale wirken können, aus welchen das nach vorne gerichtete Schallortungssystem Entfernungsdaten ableiten kann.

Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild der Schallortungsund Anzeigeeinrichtung 24, wobei die Verbindungen zwischen dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem 28, des Doppler-Schallortungssystems 38, dem Wiedergabegerät 40, einer Datenverarbeitungseinrichtung 64 und einem Taktgeber 66 beschrieben werden, welcher als gemeinsame Quelle für Taktsignale zur Synchronisation des Betriebes der einzelnen Anlagenteile dient. Die Datenverarbeitungseinrichtung 64 enthält einen Vorausrechner 68, einen Geschwindigkeitskompensator 70 und ein Datensteuergerät 72. Taktsignale werden über Leitungen 74 dem Doppler-Schallortungssystem 38, dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem 28 und der Datenverarbeitungseinrichtung 64 zugeführt. Ferner gelangen Geschwindigkeitssignale bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, welche von dem Doppler-Schallortungssystem 38 geliefert werden, über Leitungen 76 zu dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem 28. Der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Signale und Bereichsschaltsignale werden von dem Doppler-Schallortungssystem 38 über Leitungen 78 zu dem Datensteuergerät 72 geliefert. Außerdem gelangen die der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Daten von dem Doppler-Schallortungssystem 38 über die Leitung 80 zu dem

"to Geschwindigkeitskompensator 70. Weiter werden Tiefenmeßsignale und Ablesesignale über die Leitung 82 von dem Doppler Schallortungssystem 38 zu dem Vorausrechner 68 gegeben. Das nach vorne gerichtete Schallortungssystem 28 liefert ein Schlüsselsignal oder Adreßsignal über die Leitung 84 zu dem Datensteuergerät 72 und außerdem gelangt das Schlüsselsignal oder Adreßsignal zusammen mit einem Ausgangssignal eines Korrelators 86 von dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem 28 über die Leitung 88 zu dem Geschwindigkeitskompensator 70. Der Geschwindigkeitskompensator 70 liefert über die Leitung 90 gewichtete oder umgeformte Daten an das Datensteuergerät 72. Letzteres gibt an die Raster-Abtaststeuerschaltung 94 über die Leitung 92 X-, Y- und Z-Steuersignale ab, wobei die Schaltung 94 in bekannter Weise die graphische Darstellung auf der Aufzeichnungsfläche 42 des Wiedergabegerätes 40 ermöglicht. Die Markierung 54 wird von dem Wiedergabegerät 40 abhängig von Strandungsbereichdaten gesetzt, welche

ho von dem Vorausrechner 68 über die Leitung 96 in das Wiedergabegerät eingegeben werden. Man sieht aus F i g. 2, daß der Schallstrahl 26 von dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 ausgeht, während die beiden Schallstrahlen 30 und 32 von dem

fe5 Doppler-Schallortungssystem 38 ausgehen.

Das System nach F i g. 2 arbeitet in der hier angegebenen Art und Weise, derart, daß die von dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28

empfangenen Echosignale in Beziehung mit dem Standort des Schiffes 20 gemäß F i g. 1 relativ zu den Lagen verschiedener Reflexionsquellen von Schallenergie gesetzt werden, wobei die resultierenden Daten in dem Gerät 40 zur Wiedergabe gelangen. Der Geschwindigkeitskompensator 70 bewirkt eine Gewichtung oder Maßstabsveränderung der Daten entsprechend der Geschwindigkeit des Schiffes 20, so daß beispielsweise bei sehr langsamer Fahrt des Fahrzeugs oder Schiffes die auf der Anzeigefläche 42 des Wiedergabegerätes 40 erscheinende Aufzeichnung 44 nicht übergroße Werte oder zu großen Umfang wegen der verhältnismäßig großen Zahl von Echos annimmt, welche während der verhältnismäßig langen Zeitdauer empfangen werden, in der das Schiff 20 eine bestimmte Position einnimmt. In entsprechender Weise wird durch diese Maßstabsveränderung sichergestellt, daß die Aufzeichnung 44 nicht zu niedrige Werte oder nicht zu geringen Umfang während der verhältnismäßig kurzen Zeitdauer annimmt, in welcher das Schiff oder Fahrzeug 20 bei Fahrt mit hoher Geschwindigkeit eine bestimmte Position einnimmt. Das Datensteuergerät 72 speichert Daten abteilungsweise in einer noch zu beschreibenden Art, woraus dann Daten zyklisch zu dem Wiedergabegerät übertragen werden, wobei die Aufzeichnung der Abteilungen entsprechend der Schiffsgeschwindigkeitsdaten erfolgt, so daß die Anordnung der Datengruppen den Echosignalquellen am Gewässerboden 46 nach F i g. 1 entspricht. Der Vorausrechner 68 errechnet den zuvor im Zusammenhang mit der Erläuterung von F i g. 1 erwähnten Strandungsbereich aus aufeinanderfolgenden Messungen der Tiefe, deren Werte über die Leitung 82 von dem Doppler-Schallortungssystem 38 bezogen werden.

In Fig.3 ist ein Blockschaltbild des Doppler-Schall- Ji Ortungssystems 38 gezeigt, welches eine Zeitgebereinheit 98, einen Generator 100, ein Empfängerpaar 102/1 und 102ß, zwei Sende-Empfangsweichen 104Λ und 104Ö, ferner die beiden zuvor erwähnten Wandler 34 und 36 nach F i g. 1, weiter eine Doppler-Kombinationsschaltung 106, eine Bereichskombinationsschaltung 108, einen Zähler 110 und eine Speichereinheit 112 enthält. Der Signalgenerator 100 liefert in Abhängigkeit von Taktsignalen auf der Leitung 114 der Zeitgebereinheit 98 ein Impulsträgersignal, welches über die Sende-Empfangsweichen 104Λ und 104S den Wandlern 34 und 36 zugeführt wird. Die Sende-Empfangsweichen 104,4 und 1045 bewirken in an sich bekannter Weise, daß die Empfänger 102-4 und 102ß von dem verhältnismäßig starken, unmittelbar von dem Generator 100 her anstehenden Signal geschützt werden, während die von den Wandlern 34 und 36 empfangenen Signale die Empfänger 102A und 102ß erreichen können. Der Wandler 34 sendet Signale längs des Richstrahls 30 aus, welcher gegenüber der Vertikalen annähernd 30° nach vorne geneigt ist, während der Wandler 36 Signale längs des Richstrahls 32 aussendet, der gegenüber der Vertikalrichtung um 30° nach hinten geneigt ist. Die Signale werden dann von dem Gewässerboden 46 zu den Wandlern 34 und 36 reflektiert und erleiden Dopplerverschiebungen der jeweiligen Trägerfrequenzen aufgrund der Bewegung des Schiffes 20 nach F i g. 1. Signale, welche längs des Richstrahls 30 ausgesendet werden, erfahren eine positive Dopplerverschiebung, während die längs des Richstrahls 32 ausgesendeten t>5 Signale eine negative Dopplerverschiebung erfahren, vorausgesetzt, daß sich das Schiff 20 vorwärts bewegt. Eine Maßstabsveränderung der Größen der Dopplerverschiebungen muß um sinus 30° vorgenommen werden, nachdem die Richstrahlen 30 und 32 eine entsprechende Neigung besitzen. Die zuvor genannte Größe der Dopplerverschiebungen stellt einen Mittelwert dar, da Stampfbewegungen des Schiffes 20 die Augenblickswerte der Dopplerverschiebungen verändern. Die Empfänger 102/4 und 102ß sind an sich bekannter Bauart und besitzen Schaltungen zur Bestimmung der Dopplerfrequenz, welche auf den Leitungen 116-4 und 116S dargestellt wird, sowie Schaltungsmittel zur Bestimmung der Umhüllenden der empfangenen Signalimpulse, welche als Bereichssteuersignale dienen und auf den Leitungen 118/4 und 118Ö auftreten. Die Doppler-Kombinationsschaltung 106 subtrahiert das Dopplersignal, welches auf der Leitung 116ß auftritt, von dem Dopplersignal der Leitung 116/4, so daß ein Ausgangs-Dopplersignal erhalten wird, welches der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder Schiffes 20 entspricht und dieses Ausgangs-Dopplersignal wird in die Speichereinheit 112 unter Steuerung der Taktsignale der Leitung 114 eingegeben, welche an den Takteingang der Speichereinheit 112 angeschlossen ist. Beispielsweise kann das Ausgangs-Dopplersignal der Doppler- Kombinationsschaltung 106 eine Digitalzahl sein und die Speichereinheit 112 kann ein Register zur Speicherung dieser Digitalzahl sein. Die Bereichs-Kombinationsschaltung 108 kann entweder eine Auswahl zwischen dem Bereichssignal, wie es auf der Leitung 118Λ auftritt und dem Bereichssignal, wie es auf der Leitung 118ß auftritt, treffen oder kann diese beiden Signale miteinander kombinieren, so daß über die Leitung 120 ein Signal abnehmbar ist, welches den Zeitpunkt des Auftretens des Schwerpunktes dieser beiden Signale angibt. Der Zähler 110 beginnt mit der Zählung der Zeittaktimpulse auf der Leitung 122 in Abhängigkeit vom Zeitgebersignal oder Taktsignal der Leitung 114 und beendet die Zählung in Abhängigkeit vom Auftretendes Bereichssignals auf der Leitung 120.

Das Doppler-Schallortungssystem 38 enthält ferner Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtungen 124 und 126, einen auf die Wassertemperatur ansprechenden Fühler 128, eine Speichereinheit 130, weiche dieselbe Form hat wie die Speichereinheit 112, einen Anzeiger 132 und fünf Dividiereinrichtungen 133 bis 137. Die Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtung 124 empfängt von dem Taktgeber 98 über die Leitung 140 Taktimpulse und über die Leitung 142 ein Signal entsprechend einer Digitalzahl, welche die Wassertemperatur des Gewässers oder Meeres 22 angibt. Die Multipliziereinrichtung 124 kann an sich bekannter Bauart sein und von einem Gerät gebildet werden, wie es im Handel, etwa von der Firma Texas Instruments unter der Bezeichnung SN 7497, erhältlich ist, wobei dieses Bauteil eine Folge von Impulsen an der Leitung 144 abgibt, deren mittlere Impulswiederholungsfrequenz proportional zur Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse auf der Leitung 140 und außerdem proportional zur Größe der Digitalzahl auf der Leitung 142 ist. Der auf die Wassertemperatur ansprechende Fühler 128 ist vorzugsweise an dem Rumpf des Schiffes 20 befestigt und stellt Veränderungen der Wassertemperatur fest, während das Schiff 20 auf der Gewässeroberfläche 62 dahinfähri. Die auf der Leitung 144 auftretenden Impulse können als Taktimpulse ähnlich den auf der Leitung 140 auftretenden Impulsen verwendet werden, um die Gesamtlaufzeit der Signale längs der Richtstrahlen 30 und 32 und damit die Entfernungen von den Wandlern 34 und 36 zu den

Reflexionspunkten ihrer jeweiligen Signale am Gewässerboden 46 zu messen. Aufgrund der Multiplikationsfaktoren, welche über die Leitung 142 eingegeben werden, verändert sich die mittlere Wiederholungsfrequenz der auf der Leitung 144 auftretenden Impulse entsprechend der Wassertemperatur und aus diesem Grunde ist die mittels der Impulse der Leitung 144 durchgeführte Entfernungs- oder Tiefenmessung genauer, da Veränderungen der Schallausbreitungsgeschwindigkeit in dem Gewässer 22 in Abhängigkeit von ι ο der Wassertemperatur kompensiert werden.

Aus der Art der Torschaltelemente und Flip-Flop-Schaltelemente der Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtung 124 ergibt sich, daß beträchtliche Veränderungen hinsichtlich der Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen auf der Leitung 144 auftreten können, während die Zählung einer großen Anzahl dieser Impulse über eine längere Zeitdauer hinweg unter Erfassung vieler Impulse ein sehr genaues Maß für die verstrichene Zeit ist. In Berücksichtigung dieser Tatsache ist eine Dividierschaltung 136 vorgesehen, welche eine Division durch eine geeignete Zahl Λ/4 vornimmt, wobei die Dividierschaltung 136 beispielsweise ein Umlaufzähler sein kann, welcher modulo 512 zählt und einen Ausgangsimpuls an der Leitung 122 für 2^r> jede Zählung von 512 abgibt, derart, daß die Dividierschaltung 136 durch den Wert Λ/4 = 512 dividiert, so daß die zuvor erwähnten Unregelmäßigkeiten in der jeweiligen augenblicklichen Wiederholungsfrequenz der Impulse auf der Leitung 144 im wesentlichen geglättet wird und die regelmäßigen Impulse auf der Leitung 122 erhalten werden, welche zur Taktgabe für den Zähler 110 vorgesehen sind. Angesichts der Tatsache, daß die Richstrahlen 30 und 32 in einem Winkel von 30° gegenüber der Vertikalrich- J^r> tung orientiert sind, werden die Wiederholungsfrequenz der auf der Leitung 140 auftretenden Taktimpulse sowie auch die Maßstabsfaktoren, welche durch die Digitalzahl der Leitung 142 und durch die Dividierschaltung 136 eingeführt werden, so gewählt, daß in dem Zähler -t» HO eine Zählung stattfindet, welche der gemessenen Tiefe vom Schiff 20 zum Gewässerboden 46 entspricht.

Der von dem Zähler HO gemessene Tiefenwert wird über die Leitung 146 weilergeführt und taktweise entsprechend dem Signal auf der Leitung 120 in die Speichereinheit 130 eingeführt. Das auf der Leitung 120 auftretende Signal hat also die doppelte Funktion eines Anhaltens des Zählers 110 und eines taktweisen Eingehens des Zählerstandes in die Speichereinheit 130. Die in der Speichereinheit 130 gespeicherte Digitalzahl 5» wird über die Leitung 148 in den Anzeiger 132 eingeführt, der beispielsweise eine Digitalanzeige zur Darstellung der gemessenen Tiefe aufweisen kann. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Leitungen 142, 146 und 148 in der zeichnerischen Darstellung als breite Linien gezeichnet sind, um anzuzeigen, daß es sich hier um eine Vielzahl von Leitungsadern handelt, die jeweils eine Stelle einer vielstelligen Zahl übertragen. Entsprechendes gilt auch für weitere, als breite Linien eingezeichnete Leitungen zur Übertragung von Digital- 6(> zahlen, worau' weiter unten noch eingegangen wird.

Die Geschwindigkeitsdaten, welche in der Speichereinheit 112 gespeichert sind, gelangen über die Leitung 150 zu der Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtung 126, wobei die Leitung 150 gleichsam eine Information f>5 über die »Rohgeschwindigkeit« führt, womit gesagt sein soll, daß diese Geschwindigkeitsdaten noch nicht bezüglich der Wassertemperatur des Gewässers 22 kompensiert sind. Die Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtung 126 ist von derselben Art wie die zuvor schon erwähnte Einrichtung 124. Auch stimmt die Dividierschaltung 133 in ihrer Wirkungsweise :ni: derjenigen der Dividierschaltung 136 überein. Demgemäß wird die Folge der auf der Leitung 122 auftretenden Impulse durch die Geschwindigkeits-Multipliziereinrichtung 126 in eine auf der Leitung 152 auftretenden Impulsfolge mit einer mittleren Wiederholungsfrequenz proportional zur Rohgeschwindigkeitsinformation auf der Leitung 150 umgeformt Da jedoch die Wiederholungsfrequenz der auf der Leitung 122 zugeführten Impulse bereits bezüglich der Wassertemperatur kompensiert ist, sind auch die mittleren Wiederholungsfrequenzen der Impulse auf den Leitungen 152 und 154 bereits bezüglich der Wassertemperatur kompensiert. Die Dividierschaltung 133 arbeitet ähnlich wie die Dividierschaltung 136 und teilt durch den Divisor /VI, welcher eine genügend große Zahl, beispielsweise 400, ist, um die verhältnismäßig unregelmäßig auftretenden Impulse auf der Leitung 152 in einer Folge von regelmäßiger auftretenden Impulsen mit niedrigerer Wiederholungsfrequenz umzusetzen, welche auf der Leitung 154 zur Verfügung steht.

Das Doppler-Schalloi'tungssystem 38 enthält weiter eine Verzögerungseinheit 156, einen Zähler 158, eine der Speichereinheit 112 ähnliche Speichereinheit 160 und einen Anzeiger 162 zur Anzeige der Schiffsgeschwindigkeit, wobei der Anzeiger 162 ebenso wie der Anzeiger 132 an sich bekannter Bauart sein kann. Die von der Taktgebereinheit oder Zeitgebereinheit 98 über die Leitung 164 zur Verfügung gestellten Taktimpulse gelangen zu dem Takteingang der Speichereinheit 160 zur taktweisen Eingabe einer von dem Zähler 158 gelieferten Digitalzahl und außerdem werden die Taktimpulse in der Verzögerungseinheit 156 verzögert und dann über die Leitung 166 dem Rückstelleingang des Zählers 158 zugeführt, so daß der Zähler zu einer auf die Taktgabe oder Auslösung der Speichereinheit 160 folgenden Zeit rückgestellt wird. Nach Rückstellung durch das über die Leitung 166 zugeführte Signal beginnt der Zähler 158 die über die Leitung 154 zugeführten Impulse zu zählen und zählt so lange weiter, bis er wieder zurückgestellt wird, wonach sich das Arbeitsspiel von Neuem wiederholt. Die Taktimpulse der Leitung 164 treten in regelmäßigen Abständen auf, so daß der Zähler 158 jeweils über gleichbleibende Zeitintervalle zählt und folglich einen Zählerstand entsprechend der Anzahl von Impulsen erreicht, die während dieser Zählzeitintervalle auf der Leitung 154 auftreten. Nachdem die Impulse der Leitung 154 mit einer Wiederholungsfrequenz proportional dem empfangenen Dopplersignal und proportional zur Wassertemperatur auftreten, stellt der von dem Zähler 158 erreichte Zählerstand die bezüglich der Wassertemperatur kompensierte Schiffsgeschwindigkeit dar. Der Wert der Schiffsgeschwindigkeit, welcher in dem Zähler 160 gespeichert ist, gelangt auf dem Anzeiger 162 zur Darstellung und wird außerdem über eine Leitung 168, welche in dem Kabel 76 verläuft, zu dem nach vorne gerichteten Schallortungssystem 28 übertragen.

Nachdem die auf der Leitung 154 auftretenden Impulse eine zur Geschwindigkeit des Schiffes 20 proportionale Wiederholungsgeschwindigkeit aufweisen, ergibt sich, daß eine Integration oder Summation der Impulse auf der Leitung 154 eine Größe ergibt, die zu dem von dem Schiff 20 zurückgelegten Weg proportional ist. Demgemäß ist ein Zähler 170

vorgesehen, mit welchem ein Schalter 172 verbunden ist, um den Zähler 170 von Hand rückstellen zu können und außerdem ist ein dem Anzeiger 132 ähnlicher Anzeiger 174 vorgesehen, der an oen Ausgang des Zählers 170 angeschlossen ist, und den von dem Schiff 20 jeweils zurückgelegten Weg anzeigt Der Zähler 170 wird mittels des Schalters 172 zu Beginn jeder Fahrt des Schiffes 20 zurückgestellt. Die Dividierschaltungen 133, 134 und 135 sowie die Dividierschaltung 137 sind der Dividierschaltung 136 ähnlich und führen entsprechende Maßstabsfaktoren ein. So dividiert die Dividierschaltung 133 die Impulswiederholungsfrequenz der Impulsfolge auf der Leitung 152 durch einen geeigneten Wert, um danach den Geschwindigkeitszähler 158 betätigen zu können. Die Impulswiederholungsfrequenz des Signals auf der Leitung 154 wird weiter durch Division durch den Faktor Λ/2 der Dividierschaltung 134 mit einem Maßstabsfaktor verarbeitet, um eine Impulsfolge auf der Leitung 80 zu erzeugen, deren Wiederholungsgeschwindigkeit sich entsprechend der jeweiligen Schiffsgeschwindigkeit ändert, wobei ein Impuls auf der Leitung 80 für ein jeweils von dem Schiff 20 zurückgelegtes Wegstück von 9,1 m abgegeben wird. Die Impulswiederholungsfrequenz des auf der Leitung 80 auftretenden Signals wird weiter in der Dividier- -""> schaltung 135 durch den Divisor Λ/3 dividiert, wobei der Divisor N 3 einen geeigneten Maßstabsfaktor für die Impulswiederholungsfrequenz des Signals auf der Leitung 80 darstellt, derart, daß der Zähler 170 Wegstücke entsprechend einer Zehntel Meile zählt. Die !< > !M-m-Schiffsgeschwindigkeitsimpulse der Leitung 80 werden außerdem über das Kabel 76 dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28, dem Geschwindigkeitskompensator 70, über das Kabel oder die Leitung 82 dem Vorausrechner 68 und über die Leitung 78 dem J^r> Datensteuergerät 72 zugeführt. Die Impulswiederholungsfrequenz des Signals der Leitung 80 wird in der Dividierschaltung 137 durch fünf geteilt, so daß auf der Leitung 176 Schiffsgeschwindigkeitsimpulse entsprechend Wegstücken von jeweils etwa 47 m abgenommen ίο werden können, welche als Lesesignal für den Vorausrechner 68 verwendet werden und diesem Bauteil über das Kabel 82 zugeführt werden. Dem Vorausrechner 68 wird außerdem das auf der Leitung 148 zur Verfügung stehende Tiefeninformationssignal ^ ebenfalls über das Kabel 82 zugeführt. Das bezüglich der Temperatur kompensierte Taktsignal der Leitung 122 gelangt über das Kabel 78 zusammen mit den Schiffsgeschwindigkeitsimpulsen der Leitung 80 entsprechend Wegstücken von 9,1 m zu dem Datensteuer ^r>< > gerät 72.

Wie zuvor schon beschrieben beruhen die längs der Strahlen 30 und 32 empfangenen Dopplersignale auf Reflexionen am Gewässerboden 46. Bei Gewässertiefen über etwa 180 m werden die Empfänger 102/1 und 102ß « in an sich bekannter Weise so eingestellt, daß sie auf Reflexionen von Grenzflächen zwischen Wasserschichten unterschiedlicher Temperaturen ansprechen, wobei diese Grenzflächen manchmal auch als »Thermoclinen« bezeichnet werden und eine geeignete Bezugsfläche als ^h« Quelle zur Ableitung von Schiffsgeschwindigkeits-Informationsdaten in tiefen Gewässern darstellen.

In F i g. 4 ist ein Blockschaltbild des Vorausrechners 68 gezeigt, welcher ein Schieberegistersystem 178, eine Verzögerungseinheit 180, einen Rechner 182, einen *>5 Vergleicher 184 mit einem Einstellknopf 186 zur Eingabe eines Bezugsniveaus für den Vergleicher und schließlich einen Alarmgeber 188 enthält. Die Tiefeninformations- und Lesesignale, welche von dem Doppler Schallortungssystem 38 erzeugt werden, gelangen über die Leitung 148 und 176 zu dem Schieberegistersystem 178, wobei das Lesesignal zu dem Takteingang des Schieberegistersystems 178 geführt wird, um taktweisi aufeinanderfolgende Werte der Digitalzahl einzuspei ehern, welche die Tiefeninformation darstellt und au der Leitung 148 auftritt. Das Schieberegistersystem 171 enthält eine Anzahl von Schieberegistern, deren jeweil: erste Stufe je eine Stelle einer Digitalzahl aufnimmi welche die Tiefeninformation darstellt, während di nächstfolgende Stufe jedes der Schieberegister dii jeweilige Stelle einer Digitalzahl speichert, welche eine anderen Tiefenmessung entspricht. Mit der Zuführun aufeinanderfolgender Lesesignale werden aufeinander folgende Werte der Tiefenmessung in das Schieberegi stersystem eingegeben, wobei die vorausgegangene Werte oder Meßergebnisse der Tiefenmessungen durc die aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegistersy stems 178 takt weise weitergeschoben werden. Nach dem ein Tiefenmessungsergebnis sämtliche acht Stufei des Schieberegistersystems 178 durchlaufen hat, wird es fallengelassen.

Das auf der Lesung 176 zur Verfügung stehend Lesesignal wird außerdem über die Verzögerungseinheit 180 geführt und in den Rechner 182 eingegeben, um dort eine Rechnung durchzuführen. Die Verzögerungszeit der Verzögerungseinheit 180 ist ausreichend bemessen, um die Tiefenmeßergebnisse in dem Schieberegistersystem 178 auf den neuesten Stand zu bringen bevor die Rechnung in dem Rechner beginnt. Der Rechner 182 führt eine Rechnung entsprechend dem in der Zeichnung angegebenen mathematischen Ausdruck durch, wobei R die Strandungsentfernung oder den Strandungsbereich bedeutet, während die Symbole Di, Di bis Ds Tiefenwerte bedeuten, welche in den aufeinanderfolgenden Stufen des Schieberegistersystems 178 gespeichert sind und von dort zu dem Rechner 182 über Leitungen 190Λ bis 190W ausgekoppelt werden. Wie im Zusammenhang mit Fig.3 beschrieben tritt jedes Lesesignal auf der Leitung 176 jedesmal dann auf, wenn das Schiff ein Wegstück von etwa 47 m zurückgelegt hat. Demgemäß bedeutet Di di erste Tiefenmessung, Di eine weitere Tiefenmessung entsprechend einer Position des Schiffes nach Zurücklegen eines Weges von 47 m, D₃ die Tiefe entsprechend der Position des Schiffes nach Zurückiegung eine weiteren Wegstückes von 47 m usw., derart, daß di< aufeinanderfolgenden Tiefenmessungen in aufeinander folgende Stufen des Schieberegistersystems 178 eingeschrieben sind. Der Ausgang des Rechners 182 stellt die Information über den Strandungsbereich oder die Strandungsentfernung dar, welche über die Leitung 98 an das Wiedergabegerät 40 und außerdem zu dem Vergleicher 184 weitergegeben wird, welcher der errechneten Strandungsbereich oder die errechnete Strandungsentfernung mit einem an den Einstellknopl 186 voreingestellten Wert vergleicht. Wenn dif Strandungsentfernung entsprechend dem Signal auf de Leitung 98 unter einen bestimmten voreingestellter Wert abfällt, so liefert der Vergleicher 184 ein Signal ar die Alarmeinrichtung 188, welche eine Warnung an der Schiffsführer oder Kapitän des Schiffes 20 abgibt, dami dieser eine Kursänderung oder eine Gegenmaßnahm« durchführen kann.

In Fig.5 ist das Blockschaltbild des nach vorr gerichteten Schallortungssystems 28 gezeigt, welches eine elektronische Schaltung 192 und den Korrelator 8(

enthält. Die elektronische Schaltung 192 enthält einen Sägezahngenerator 194 und einen Impulsgenerator 196, welche beide durch das Schlüsselsignal der Leitung 84 ausgelöst werden, ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator 198, zwei Oszillatoren 200 und 202 unveränderlicher Frequenz, drei Mischer 204, 206 und 208, drei Torschaltglieder 210, 212 und 2.14, zwei Verstärker 216 und 218, einen Empfänger 220, einen Wandler 222, der als Sendewandler dient, und eine Wandleranordnung 224, welche ein Paar von Unterwassermikrophonen aufweist. Das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28 sendet Schallenergie mit zwei Frequenzen aus, welche durch die Symbole F\ und F₂ in F i g. 5 angedeutet sind, so daß sich wegen des zuvor erwähnten Effektes des endlichen Amplitudenansprechens eine Ausbreitung von Schallenergie mit der Differenzfrequenz F]-F2 ergibt Die Schallenergie mit der Differenzfrequenz F\ — F₂ breitet sich durch das Gewässer hindurch in Richtung auf ein reflektierendes Objekt 226 hin aus und wird von diesem in Richtung auf die Wandleranordnung 224 zurückgeworfen. Der Sendewandler 222 besitzt ausreichende Bandbreite, um Schallenergie sowohl mit der Frequenz F\ als auch der Frequenz F₂ aussenden zu können, und außerdem ist dieser Wandler ausreichend groß bemessen, um die Frequenzen mit einer Öffnung des Richtstrahls von annähernd 2° aussenden zu können. Während die Wandleranordnung 224 ein einziges Unterwassermikrophon oder eine Mehrzahl nicht dargestellter Wassermikrophone aufweisen kann, ist vorzugsweise ein Paar von Unterwassermikrophonen vorgesehen, die nebeneinander gehaltert sind, so daß sich ein verbessertes Richtverhalten gegenüber der Empfangscharakteristik der Differenzfrequenz F\ — F₂ ergibt. Der Sendewandler 222 und die Wandleranordnung 224 sind zweckmäßig am vorderen Teil des Schiffsrumpfes befestigt, wie in F i g. 1 für das vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28 deutlich gemacht ist.

Der Impulsgenerator 196 wird jedesmal dann ausgelöst, wenn ein Schlüsselsignal auf der Leitung 84 auftritt, wobei dieses Schlüsselsignal nachfolgend noch genauer erläutert wird. Bei Auslösung überträgt der Impulsgenerator 196 einen Schaltimpuls auf die Leitung 228, von wo aus dieser Schaltimpuls an die drei Torschaltglieder 210, 212 und 214 geführt wird. Der Oszillator 202 erzeugt eune Sinusschwingung mit einer Frequenz Fi und gibt diese Schwingung über das Schaltglied 214 weiter, welches diese Signalschwingung in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgend auftretenden Schal! impulsen der Leitung 228 schaltet, so daß auf der Leitung 230 schließlich Impulse von Sinusschwingungen mit einer Trägerfrequenz von Fi zur Verfügung stehen.

Abhängig von der Auslösung durch das Schlüsselsignal der Leitung 84 liefert der Sägezahngenerator 184 eine Sägezahnspannung an den spannungsgesteuerten Oszillator 198, der sodann auf der Leitung 232 eine frequenznnodulierte Sinusschwingung abgibt, deren augenblickliche Frequenz sich entsprechend einer Sägezahnmodulation ändert. Beispielsweise kann sich diese Frequenz von 2,5 kHz bis 4,5 kHz ändern. Das auf der Leitung 232 zur Verfügung stehende Signal wird dann in dem Mischer 204 mit einer 28,5-kHz-Sinusschwingung des Oszillators 200 gemischt, derart, daß man auf der Leitung 234 eine Sinus-Signalschwingung erhält, deren Augenblicksfrequenz sich von 24 kHz bis 26 kHz ändert. Der Mischer 204 enthält Filtermittel, welche die Signale im Frequenzbereich von 24 bis 26 kHz durchlassen, während andere Frequenzen, welche außerdem noch bei dem Mischvorgang entstehen, ausgefiltert werden. Das Torschaltglied 212 arbeitet ähnlich wie das Torschaltglied 214 und gibt auf der Leitung 236 eine frequenzmodulierte, impulsweise geschaltete Sinusschwingung ab, welche dann zusammen mit der impulsweise geschalteten Sinusschwingung der Leitung 230 zu dem Mischer 206 gelangt. Das Torschaltglied 212 scheidet Signalanteile aus, welche von dem spannungsgesteuerten Oszillator 198 während der Zeitintervalle erzeugt werden, die vor oder nach dem Schaltzeitintervall liegen, um sicherzustellen, daß das auf der Leitung 236 auftretende Signal die gewünschte Impulsbreite und die gewünschte Frequenzmodulation von 24 kHz bis 26 kHz besitzt. Der Mischer 206 arbeitet ähnlich wie der Mischer 204 und gibt auf der Leitung 238 eine impulsweise geschaltete Sinusschwingung mit der Frequenz F₂ ab, welche sich von 156 kHz bis 154 kHz ändert Diese auf den Leitungen 230 und 238 auftretenden Signale werden sodann in dem Verstärker 216 zusammengezählt und dem Sendewandler 222 zugeführt, um längs des Richtstrahls 26 gemäß F i g. 1 in das Gewässer oder das Meer 22 ausgesendet zu werden. Der zuvor beschriebene Effekt des endlichen Amplitudenansprechens bewirkt, daß der Richtstrahl 26 der F, — F₂ aufweisenden Schallstrahlung eine Strahlbreite aufweist, welche annähernd gleich der Breite der Hauptstrahlungskeule der Richtcharakteristik ist, welche von dem Wandler 222 bezüglich der Frequenzen Fi und F₂ erzeugt wird.

Schallsignale der Differenzfrequenz F\ — F₂, welche auf die Wandleranordnung 224 treffen, werden in elektrische Signale umgeformt und dem Empfänger 220 zugeführt, in welchem eine Filterung der empfangenen Signale erfolgt, um die Signalfrequenzen Fi und F₂ oder andere arithmetische Kombinationen dieser Frequenzen, soweit sie außerhalb des Bandbereiches liegen, welcher dem empfangenen Differenzfrequenzimpuls Fi — F₂ entspricht, auszufiltern. Das Ausgangssignal des Empfängers 220 besitzt eine Sägezahn-Frequenzmodulation von 24 kHz bis 26 kHz und wird in dem Verstärker 218 verstärkt und dann in dem Mischer 208 mit der von dem Oszillator 200 gelieferten Sinusschwingung von 28,5 kHz gemischt. Der Mischer 208 arbeitet ähnlich wie der Mischer 204 und liefert ein Ausgangssignal an die Leitung 240, welches eine impulsweise geschaltete Sinusschwingung mit einer Sägezahn-Frequenzmodulation ist, in welcher die Frequenz von 2,5 kHz bis 4,5 kHz schwankt.

Der Korrelator 86 enthält zwei Begrenzer 242,4 und 242ß, zwei Tasteinrichtungen 244/4 und 244B, zwei Schaltkreise 246Λ und 246ß, ferner zwei Schieberegister 248/4 und 248ß, einen Vergleicher 250, einen Filter 252 und zwei Zeitgebereinheiten 254 und 256. Die Eingänge des Korrelators 86 sind ein Bezugssignal, welches auf der Leitung 258 auftritt und dem Begrenzer 242/4 zugeführt wird, ferner das auf der Leitung 240 auftretende Empfangssignal, welches zu dem Begrenzer 242Ö gelangt, ein Taktsignal, welches auf der Leitung 74 auftritt und zu den Zeitgebereinheiten 254 und 256 geführt wird und das auf der Leitung 168 auftretende Geschwindigkeitsinformationssignal, welches in die Zeitgebereinheit 256 eingespeist wird. Das über die Leitung 258 zugeführte Bezugssignal wird bei jedem Auftreten des Schlüsselsignals auf der Leitung 84 von dem Torschaltglied 210 abgegeben, welches in Abhängigkeit von einem über die Leitung 228 von dem Impulsgenerator 196 zugeführten Schaltimpuls einen

Impuls vom Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 198 durchläßt Man erkennt also, daß die Signale auf der Leitung 258 und 240 jeweils impulsweise abgegebene Sinusschwingungen sind, in welchen sich die Frequenzen während der Dauer des Impulses von 2,5 kHz bis 4,5 kHz ändern. Die Zeitgebereinheit 254 liefert Taktsignale in Synchronismus mit den auf der Leitung 74 auftretenden Taktsignalen, wobei die Taktsignale der Zeitgebereinheit 254 an den Anschlüssen 7Ί bis Ts zur Verfügung stehen und jeweils zu der Tasteinrichtung 2445, dem Schaltkreis 2460, dem Schieberegister 248ß, der Tasteinrichtung 2444 und dem Schaltkreis 2464 geführt werden. Die Zeitgebereinheit 256 erzeugt in Abhängigkeit von den auf der Leitung 274 zugeführten Taktsignalen und dem Geschwindigkcitsinformationssignal der Leitung 168 an einem Ausgang 7J Taktsignale zur Betätigung des Schieberegisters 2484, wobei das Taktsigna! des Ausganges Te der Zeitgebereinheit 256 von dem Taktsignal am Ausgang T₃ der Zeitgebereinheit 254 dadurch verschieden ist, daß bei annähernd gleicher Impulswiederholungsfrequenz die Wiederholungsfrequenz des erstgenannten Taktsignals sich leicht abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes 20 nach F i g. 1 ändert, während die Wiederholungsfrequenz des zuletzt genannten Taktsignals gleich bleibt.

Der Begrenzer 2424 wandelt das auf der Leitung 258 auftretende Signal aus einer Sinusschwingung im wesentlichen in ein Rechteckwellensignal um, das dann von der Tasteinrichtung 2444 mit einer Geschwindigkeit von mindestens dem zweifachen der Frequenz der Sinusschwingung auf der Leitung 248 getastet wird, wobei die Tastungsfrequenz vorzugsweise um den Faktor 10 oder mehr größer ist als die Frequenz der Sinusschwingung der Leitung 258. Das Taktsignal, welches von dem Anschluß 7} der Zeitgebereinheit 254 abnehmbar ist, dient als Taktimpuls zur Betätigung der Tasteinrichtung 244/4 mit der gewünschten Tastfrequenz. Die Tastungen hoher Geschwindigkeit des auf der Leitung 258 erscheinenden Bezugssignals gelangen von der Tasteinrichtung 244 über den Schallkreis 246/4 zu dem Schieberegister 248/4 und werden taktweise durch das Schieberegister 2484 geführt, bis dieses Schieberegister mit den Tastungen ganz angefüllt ist. Die Zahl der Stufen des Schieberegisters 248/4 wird gleich der Zahl der Tastungen gewählt, welche während des Schaltzeitintervalls des Schaltgliedes 210 zu erhalten sind. Um dieses Schaltzeitintervall mit der Anzahl der Tastungen, welche erzielt werden sollen, zu synchronisieren, arbeitet der Impulsgenerator 196 unter Steuerung eines von dem Anschluß 7} der Zeitgebereinheit 254 abnehmbaren Taktsignals, so daß die auf der Leitung 228 auftretenden Schaltimpulse eine Breite gleich der Gesamtzahl der Tastungsintervalle haben. Das Schieberegister 2484 ist außerdem mit einem Schalter 260 versehen, um das Schieberegister entweder von den Taktsignalen des Anschlusses 7} oder den Taktsignalen des Anschlusses Te steuern zu lassen. Der Schalter 260 wird ebenso wie der Schaltkreis 246/4 von dem Taktsignal des Anschlusses T₅ der Zeitgebereinheit 254 betätigt, so daß während der anfänglichen Auffüllung des Schieberegisters 248/1 mit Tastungen aus der Tasteinrichtung 244/4 diese Tastungen in das Schieberegister 248/4 mit der Wiederholungsgeschwindigkeit der Taktimpulse vom Anschluß 7} der Zeitgebereinheit 254 eingespeichert werden. Nach vollständiger Auffüllung des Schieberegisters 2484 mit den Tastungen werden die beiden Schalter 246/4 und 260 durch das Taktsignal des Anschlusses Ts betätigt, wobei der Schalter 246/4 den Ausgang des Schieberegisters 248/4 über die Leitung 262 anstelle des Ausgangs der Tasteinrichtung 244 an den Schieberegistereingang legt, so daß dieses Schieberegister nun ein Register mit Wiedcreinspeisung wird, bei welchem die gespeicherten Tastinformationen über den Schaltkreis 246/4 durcn das Schieberegister umlaufen. Während dieses Datenumlaufs legt jedoch der Schalter 260 die Taktimpulse des Zeitgeberanschlusses T₆ anstelle der Taktimpulse des Zeitgeberanschlusses T₄ an das Schieberegister 248/4, so daß die Weiterschaltung der Tastinformationen in dem Schieberegister mit der Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse des Anschlusses T₆ durchgeführt wird.

Der Begrenzer 242ß, die Tasteinrichtung 244Ö, der Schalter 246ß und das Schieberegister 248S arbeiten jeweils analog dem Begrenzer 242/4, der Tasteinrichtung· 244/4, dem Schalter 246/1 und dem Schieberegister 248/4. Der Begrenzer 242ß wandelt also die über die Leitung 240 zugeführte Sinusschwingung im wesentlichen in eine Rechteckwelle um, die dann von der Tasteinrichtung 244Ö getastet und über den Schalter 246ß in das Schieberegister 248ß eingegeben wird. Die Tasteinrichiung 244ß liefert eine Tastung in Abhängigkeit von jedem Taktimpuls des Anschlusses T\ der Zeitgebereinheit 254, wobei die Tastgeschwindigkeit der Tasteinrichtung 244ß mit derjenigen der Tasteinrichtung 2444 übereinstimmt. Das Schieberegister 248ß hat eine Stufe mehr oder eine Stufe weniger als das Schieberegister 248/4, so daß bei Stillstand des Schiffes 20 nach Fig. 1, derart, daß die längs des Richtstrahlers 26 nach F i g. 1 empfangenen Signale keinen Dopplergehalt besitzen, die in dem Schieberegister 248ß über die Leitung 264 und den Schalter 246ß umlaufenden Tastungen relativ zu dem Umlauf der entsprechenden Tastung in dem Schieberegister 2484 allmählich vorrücken. Die Taktimpulse des an dem Anschluß Tz abnehmbaren Taktsignals besitzen eine bedeutend höhere Wiederholungsfrequenz als die Taktimpulse vom Anschluß Ti der Zeitgebereinrichtung 254, wobei der Unterschied zwischen den Wiederholungsfrequenzen so groß ist, daß zwischen aufeinanderfolgenden Tastungen der Tasteinrichtung 244ß ein vollständiger Umlauf der gespeicherten Signale möglich ist. Der Schalter 246S wird durch die Taktsignale des Anschlusses Tz der Zeitgebereinrichtung 254 so betätigt, daß er in der Wiedereinspeisungsstellung bleibt, außer, wenn eine neue Tastung von der Tasteinrichtung 244ßher eintrifft. In diesem Falle wird der Schalter 246ß kurzzeitig betätigt und ändert seine Stellung, derart, daß die Tastung von der Tasteinrichtung 244S eingelassen wird. Während der Eingabe der neuen Tastung von der Tasteinrichtung 244ß her wird die zuerst in dem Schieberegister 248ß gespeicherte Tastung fallen gelassen und durch die neue Tastung ersetzt.

Die Verwendung des Begrenzers 242ß und das hochfrequente Tasten durch die Tasteinrichtung 244ß macht den Korrelator 86 in erster Linie empfindlich gegenüber den Nulldurchgängen anstelle der Amplitude des auf der Leitung 240 zur Verfügung stehenden, sinusförmigen Empfangssignals. Auf diese Weise wird das empfangene Signal normalisiert, so daß das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem auf Empfangssignale in einem weiten dynamischen Bereich anspre- chen kann, ohne daß eine automatische Verstärkungsregelschaltung vorzusehen ist, um die Amplituden der Empfangssignale, welche groß oder klein sein können, im wesentlichen gleich zu machen.

Die Ausgangssignale der beiden Schieberegister 248/4 und 248Ä werden über die Leitungen 262 und 264 in den Vergleicher 250 eingeführt, welcher auf einer Leitung 266 ein logisches »1 «-Signal abgibt, wenn ein Zusammentreffen der Tastungen auf den Leitungen 262 und 264 auftritt, während eine logische »0« auf der Leitung 266 auftritt, wenn ein logischer Tastungswert »0« auf einer der Leitungen 262 oder 264 auftritt, während auf der jeweils anderen Leitung ein Tastungswert »1« auftritt. Die Werte der Tastungen hängen davon ab, ob die Tasteinrichtung 244-4 oder die Tasteinrichtung 244ß gerade einen Scheitel oder ein Tal der Rechteckwelle tastet, wie sie von den Begrenzern 242/4 bzw. 242ß abgegeben wird. Befindet sich das in F i g. 1 gezeigte Schiff 20 in Bewegung, so weist das von der Leitung 240 abnehmbare Empfangssignal eine Dopplerfrequenzverschiebung auf, wodurch je nach Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung des Schiffes 20 eine Ausdehnung oder Zusammendrängung jeder Periode des Signals auf der Leitung 240 verursacht wird. Diese Veränderungen der einzelnen Schwingungsperioden und der Gesamtmodulation des Signals auf der Leitung 240 ist entsprechend auch in dem getasteten Signal auf der Leitung 264 feststellbar. Die erwähnte Veränderung der Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse am Anschluß 7J der Zeitgebereinheit 256 bewirkt eine Beschleunigung oder Verzögerung der Umlaufgeschwindigkeit durch das Schieberegister 248A so daß die Kontraktion oder Expansion der Signalmodulation auf der Leitung 264 kompensiert wird und der Vergleicher 250 die Vergleiche im wesentlichen unabhängig von Dopplerverschiebungen durchführen kann. Die über die Leitung 266 abgegebenen Signale werden dann praktisch integriert oder von dem Filter 252 geglättet, wobei der Filter ein Durchlaßband unterhalb der Tastfrequenz der Tasteinrichtungen 244/4 und 2445 besitzt. Der geglättete Ausgang des Bandpaßfilters 252 erscheint an dessen Ausgangsleitung 268 und stellt die übliche Korrelations-Wellenform zu dem Zeitpunkt dar, in welchem das Echo oder die Reflexionen von dem reflektierenden Objekt 226 an dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 empfangen werden.

Das von dem Anschluß T₃ der Zeitgebereinheit 254 abnehmbare Taktsignal kann jedoch auch, wenn gewünscht, anstelle des von dem Anschluß 7*₆ abnehmbaren Taktsignals an den Schalter 260 gelegt werden, und die Zeitgebereinheit 256 kann weggelassen werden. In diesem Falle verzichtet man auf die zuvor beschriebene Dopplerkompensation. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Korrelator 86 ebenfalls zufriedenstellend, jedoch für verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeiten des Fahrzeuges oder Schiffes 20. Allerdings wird in Abwesenheit der Dopplerkornpensation die Größe des auf der Leitung 268 auftretenden Signals vermindert, wobei diese Verminderung in der Signalamplitude mit zunehmender Schiffsgeschwindigkeit anwächst. Bei den niedrigen Geschwindigkeiten, wie sie während der Navigation in Häfen oder in anderen Bereichen seichten Wassers vorkommen, mag die Dopplerkc Tipensation unnötig sein, mit Ausnahme bei weiten Ent/ernungen, bei welchen das am Empfänger 220 eintreffende Echosignal sehr schwach ist. Jedenfalls wird das auf der Leitung 268 auftretende Ausgangssignal des Korrelators 86 über das Kabel 88 dem Geschwindigkeitskompensator 70 zugeleitet.

Das auf der Leitung 84 anstehende Schlüsselsignal wird mittels eines Und-Schaltelementes 270 und eines Zeitgebers 272 abhängig von den Schiffsgeschwindigkeitsimpulsen der Leitung 80 und den Taktsignalcn der Leitung 74 erzeugt Der Zeitgeber 272 zählt aufeinanderfolgende Taktimpulse der Leitung 74 und liefert ein logisches »1 «-Signal von seinem mit Q bezeichneten Ausgang an die Leitung 274 jeweils am Ende eines 3-Sekunden-IntervaIls. Danach bleibt der Zustand am (^-Ausgang des Zeitgebers 272 unverändert, bis dieser Zeitgeber über seinen Eingang R durch ein logisches »1 «-Signal der Leitung 84 rückgestellt wird, wobei dieses Rückstellsignal das erwähnte Schlüsselsignal ist. Das Und-Schaltelement 270 liefert das Schlüsselsignal bei Vorhandensein sowohl des über die Leitung 80 zugeführten, einer Wegstrecke von 9,1 m entsprechenden Schiffsgeschwindigkeitsimpulses entsprechend dem logischen Zustand »1« als auch des logischen »1 «-Signals auf der Leitung 274. Unmittelbar nachdem das Und-Schaltelement 270 das Schlüsselsignal abgegeben hat, wird der Zeitgeber 272 zurückgestellt und beginnt die Auszählung eines weiteren 3-Sekunden-Zeitintervalls. Man sieht also, daß das Schtüsselsignal nicht mit anderer Wiederholungsfrequenz als einmal je alle drei Sekunden auftreten kann und daß das Schlüsselsignal außerdem nicht auftritt, bevor das Schiff 20 eine Wegstrecke von mindestens 9,1 m gegenüber der Position zurückgelegt hat, die es zum Zeitpunkt des vorherigen Schlüsselsignals eingenommen hatte. Wenn das Schiff 20 stillsteht, kann von Hand durch Betätigung des Schalters 276 ein Impuls auf der Leitung 80 erzeugt werden. Die Verwendung des Schalters 276 ermöglicht einen Betrieb des nach vorne gerichteten Schallortungssystems 28 bei stillstehendem Schiff 20 und auch für den Fall, daß das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28 ohne das Doppler-Schallortungssystem 38 betrieben werden soll. Das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28 kann ferner in Verbindung mit einem gebräuchlichen graphischen Aufzeichnungsgerät anstatt mit dem Wiedergabegerät 40 nach Fig.2 verwendet werden, wie anhand von F i g. 8 näher erläutert wird. In diesem Falle wird das Schlüsselsignai der Leitung 84 in bekannter V/eise mittels eines Schalters an dem graphischen Aufzeichnungsgerät und nicht mittels des Und-Schaltelementes 270 und des Zeitgebers 272 erzeugt.

Das Ausgangssignal des Korrelators 86, welches auf der Leitung 268 auftritt, und das Schlüsselsignai 84 werden zusammen in dem Kabel 88 zu dem Geschwindigkeitskompensator 70 geleitet, wobei das Schlüsselsignai außerdem über die Leitung 84 zu dem Datensteuergerät 72 gelangt, wie zuvor im Zusammenhang mit Fig.2 erwähnt wurde. Ferner sei im Zusammenhang mit dem Zeitgeber 272 oder bezüglich der Erzeugung des Schlüsselsignals durch ein graphisches Aufzeichnungsgerät entsprechend den nachfolgenden Ausführungen im Zusammenhang mit Fig.8 erwähnt, daß das Mindestzeitintervall von 3 Sekunden einer Gesamtlaufzeit der Schallenergie zwischen dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 und dem reflektierenden Zielobjekt 226 in einer Entfernung von etwa 2300 m zwischen Ortungssystem und Zielobjekt entspricht. Falls das nach vorne gerichtete Schallortungssystem 28 für größere Entfernungen, beispielsweise von etwa 45CO m zwischen Schallortungssystem und reflektierendem Zielobjekt 226 eingesetzt werden soll, so ist das Schlüsselsignai mit niedrigerer Wiederholungsfrequenz zu erzeugen, im vorliegenden Beispiel jeweils alle 6 Sekunden und nicht, wie zuvor beschrieben, alle 3 Sekunden.

Fig.6 zeigt als Blockschaltbild den Geschwindigkeitskompensator 70. Wie schon früher im Zusammenhang mit F i g. 2 ausgeführt, empfängt der Geschwindigkeitskompensator 70 über das Kabel 88 Signale des nach vorwärts gerichteten Schallortungssystems 28. Es handelt sich dabei um die auf der Leitung 268 auftretenden Korrelator-Ausgangssignale und das Schlüsselsignal der Leitung 84. Der Geschwindigkeitskompensator 70 nimmt außerdem die auf der Leitung 80 auftretenden Schiffsgeschwindigkeitsinformationen des Ό Doppler-Schallortungssystems 38 in Form einer Folge von impulsen auf, die jeweils für ein Wegstück von 9,1 m des vom Schiff zurückgelegten Weges erzeugt werden. Der Geschwindigkeitskompensator 70 gibt gewichtete oder maBstabsveränderte Daten über die Leitung 90 an das Datensteuergerät 72 ab. Die gewichteten oder maßstabsveränderten Daten auf der Leitung 90 bestehen in einer kurzen Folge von Impulsen, wobei jede dieser Impulsfolgen in Abhängigkeit von einem auf der Leitung 268 auftretenden Impuls des Korrelators 86 nach F i g. 5 erzeugt wird. Es sei daran erinnert, daß das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28 Sendeintervalle von 3 Sekunden Dauer oder darüber aufweist. Es ergibt sich dann, daß bei einer Fahrt des Schiffes 20 mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit eine verhältnismäßig lange Strecke zwischen aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen des nach vorwärts gerichteten Schallortungssystems zurückgelegt wird, während bei einer verhältnismäßig langsamen Fahrt des Schiffes 20 verhältnismäßig kurze Strecken zwischen aufeinan- ^o derfolgenden Sendeimpulsen der Schallenergie des Schallortungssystems 28 zurückgelegt werden. Hat beispielsweise das Schiff 20 eine Geschwindigkeit von 6 Knoten, dann legt es in 3 Sekunden eine Strecke von etwa 9,14 m zurück. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 30 Knoten legt das Schiff in dem 3-Sekunden-Zeitintervall zwischen den Sendeimpulsen des nach vorwärts gerichteten Schallortungssystems 28 etwa 47 m zurück.

Bezüglich der Wiedergabe von Daten in Bereichsabschnitten aus bestimmten Gebieten längs des Gewässerbodens 46 vermittels der Darstellung in Vertikalstrichen auf der Anzeigefläche 42 des Wiedergabegerätes 40 (siehe Fig. 1 und 2) erkennt man, daß dann, wenn das Schiff 20 zwischen aufeinanderfolgenden Aussendungen des nach vorwärts gerichteten Schallortungssystems 28 nur jeweils 9,1 m gegenüber etwa 47 m bei höheren Schiffsgeschwindigkeiten zurücklegt, fünfmal so viel Signale auf der Leitung 268 am Ausgang des Korrelators 86 für jeden dieser Bereichsabschnitte bei langsamer Schiffsgeschwindigkeit auftreten, als wenn das Schiff die erwähnte hohe Geschwindigkeit hat.

Die Aufgabe des Geschwindigkeitskompensators 70 ist es nun, das Verhältnis der Anzahl von Impulsen auf der Leitung 90 zu der Zahl von Impulsen auf der Leitung 268 für hohe Schiffsgeschwindigkeiten im Vergleich zu den Verhältnissen bei niedrigen Schiffsgeschwindigkeiten zu erhöhen, so daß für hohe und für niedrige Werte der Schiffsgeschwindigkeit im wesentlichen die gleiche Anzahl von Impulsen je Entfernungsabschnitt oder Bereichsabschnitt längs der Leitung 90 abgegeben wird. Wenn also das Schiff 20 in einem Zeitintervall von 3 Sekunden nur 9,1 m zurücklegt, so erscheint auf der Leitung 90 ein Impuls für jeweils einen einzelnen Impuls auf der Leitung 268. Wenn das Schiff 20 während des 3-Sekunden-Intervalls 18,3 m zurücklegt, so liefert der Geschwindigkeitskompensator 70 auf der Leitung 90 für jeweils einen einzelnen Impuls auf der Leitung 268 zwei Impulse an die Leitung 90 und in entsprechender Weise für andere Schiffsgeschwindigkeiten, so daß be Zurücklegen eines Wegstückes von 47 m in jedem 3-Sekunden-Zeitintervall der Geschwindigkeitskompensator 70 fünf Impulse je auf der Leitung 268 auftretenden Impuls auf der Leitung 90 abgibt.

Der Geschwindigkeitskompensator 70 enthält einer Schwellenwertdetektor 278, ein Flip-Flop 280, zwei Zähler 282 und 284, eine Speichereinheit 286, eine Verzögerungsschaltung 288, ein Torschaltelement 29(1 und einen Taktgeber 292. Letzterer liefert über das Torschaltelement 290 die erwähnten, auf der Leitung 90 auftretenden Impulse, wobei das Torschaltelement 290 durch den Zähler 284 und das Flip-Flop 280 derari betätigt wird, daß sich eine Öffnungszeit ergibt, welche dazu ausreicht, die erforderliche Anzahl von Impulser des Taktgebers 292 zu der Leitung 90 durchzulassen Der Schwellenwertdetektor 278 gibt einen Schwellenwert vor, der zur Unterscheidung zwischen schwacher Signalen und verhältnismäßig starken Signalen auf dei Leitung 268 dient, wobei die starken Signale als Reflexionen von versenkten Zielobjekten in dem Gewässer oder dem Meer 22 anzusehen sind, währenc die schwacher; Signale sehr wahrscheinlich vor Störungen oder von einem Hintergrundrauscher herrühren. Abhängig von denjenigen auf der Leitung 268 auftretenden Signalen, deren Amplitude der Schwellenwert übersteigt, liefert der Schwellenwertdetektor 278 über die Leitung 294 einen Impuls, welchei das Flip-Flop 280 umstellt, das wiederum ein logisches »1 «-Signal an seinem mit Q bezeichneten Ausgang darbietet, um damit das Torschaltelement 290 zu öffnen um Impulse von dem Taktgeber 292 zu der Leitung 9C durchzulassen.

Die Schiffsgeschwindigkeitsdaten werden in folgender Weise dazu verwendet, die Anzahl der auf dei Leitung 90 auftretenden Impulse für jedes Echosigna der Leitung 286 zu bestimmen. Der Zähler 282 zählt aufeinanderfolgende Impulse der Leitung 80, wöbe jeder dieser Impulse ein vom Schiff 20 nach F i g. 1 zurückgelegtes Wegstück von 9,1 m markiert. Dei Ausgang des Zählers 282 wird beim nächsten Auftreter des Schlüsselsignals auf der Leitung 84 taktweise in die Speichereinheit 286 eingegeben, wobei das Schlüsselstgnal außerdem nach Durchlauf durch die Verzögerungsschaltung 288 zur Rückstellung des Zählers 282 dient Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 28f reicht dazu aus, den Zählerstand des Zählers 28i vollständig in die Speichereinheit 286 einzugeben, bevoi die Rückstellung des Zählers 282 erfolgt. Danach zähli der Zähler 282 weiterhin aufeinanderfolgend auftreten de Impulse der Leitung 80. Auf diese Weise wird in dei Speienereinheit 286 die Anzahl der 9,1-m-Wegstücki des vom Schiff zurückgelegten Weges eingespeichert welche sich zwischen aufeinanderfolgend auftretender Schlüsselsignalen angesammelt hat. Die in der Speicher einheit 286 gespeicherte Zahl ist daher ein Maß für die Schiffsgeschwindigkeit oder für den in der Zeiteinhei zurückgelegten Weg des Schiffes.

Der Zähler 284 zählt von einer Zahl aus zurück, au welche er zuvor eingestellt worden ist, bis er der Zählerstand »0« erreicht. Zu dieser Zeit liefert dei Zähler einen Impuls an den Rückstelleingang de: Flip-Flop 280, so daß das Flip-Flop zurückgestellt wire und ein logisches »0«-Signal an seinem <?-Ausganf darbietet, um auf diese Weise das Torschaltglied 290 zi schließen und die Weitergabe von Impulsen de: Taktgebers 292 an die Leitung 90 zu sperren. Der Zählet 284 wird von einem Signalimpuls auf der Leitung 294 au

die Zahl eingestellt, welche in der Speichereinheit 286 gespeichert ist. Der Zähler 284 zählt die auf der Leitung 90 auftretenden Impulse, so daß die Anzahl der in jeder Folge oder in jeder Gruppe auftretenden Impulse der Leitung 90 gleich der Zahl der 9,1 -m-Wegstücke des zurückgelegten Weges ist, die sich zwischen dem Auftreten aufeinanderfolgender Schlüsselsignale der Leitung 84 angesammelt hat.

In den F i g. 7 und 7A sind ein Blockschaltbild und ein Zeitdiagramm zur Erläuterung von Aufbau und ι ο Wirkungsweise des Datensteuergerätes 72 gezeigt. Wie zuvor im Zusammenhang mit Fig. 2 erklärt, liefert das Datensteuergerät 72 die Daten an das Wiedergabegerät 40, um ein Strichdiagramm herzustellen, welches als Aufzeichnung 44 auf der Anzeigefläche 42 des Wiedergabegerätes 40 erscheint. Jeder Vertikalstrich der Aufzeichnung 44 gibt die Gesamtzahl von Echos nach Maßstabsveränderung durch den Geschwindigkeitskompensator 70 wieder, welche von einer bestimmten Reflexionsquelle für die Schallenergie an einer bestimmten Stelle des Gewässerbodens 46 empfangen worden sind, wobei jede dieser Stellen nachfolgend als Bereichsabschnitt oder Entfernungsabschnitt bezeichnet wird. Wird beispielsweise angenommen, daß der gesamte, von dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 nach Fig. 1 zu untersuchende Bereich etwa 2300 m beträgt und daß von dem Datensteuergerät 72 250 Bereichsabschnitte vorgegeben werden, so erkennt man, daß aufeinanderfolgende Bereichsabschnitte einen Abstand von etwa 9,1 m voneinander haben. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, jeden Bereichsabschnitt etwa 18,3 m lang zu machen, um eine Überlappung aneinandergrenzender Bereichsabschnitte vorzusehen, so daß an den Grenzen zwischen aneinanderstoßenden Bereichsabschnitten kein Datenverlust auftreten kann. So reicht beispielsweise ein Bereichsabschnitt von einer Entfernung von 46 m bis zu einer Entfernung von 64 m, der nächste Bereichsabschnitt reicht von einer Entfernung von etwa 55 m bis zu einer 73-m-Entfernung und der darauf folgende Bereichsabschnitt reicht von einer Entfernung von 64 m bis zu der 82-m-Entfernung, so daß jeder Bereichsabschnitt die Hälfte des benachbarten Bereichsabschnittes überdeckt.

Ein wesentliches Merkmal der hier vorgeschlagenen Einrichtung ist die Wiedergabe einer Aufzeichnung 44, unabhängig von der Bewegung des Schiffes 20, so daß eine räumlich stabilisierte Darstellung der Aufzeichnung 44 möglich ist, in welcher jeder Vertikalstrich der Aufzeichnung 44 die Daten bezüglich einer bestimmten Stelle des Gewässerbodens 46 unabhängig von dem Wegstück oder dem Abstand bedeutet, welchen das Schiff 20 während des Einsammeins der Daten zurückgelegt hat. Das Wiedergabegerät 40 kann beispielsweise von einer Kathodenstrahlröhre gebildet sein, welche ein kontinuierliches, rasches Nachschreiben der darzustellenden Information erforderlich macht, um einem Betrachter ein im wesentlichen nicht flackerndes Bild der Aufzeichnung 44 zu bieten. Demgemäß speichert das Datensteuergerät 72 die Daten, um ein Wiederauffrischen oder Nachschreiben der Aufzeichnung 44 mit großer Geschwindigkeit (beispielsweise zwanzig bis vierzig Bilder je Sekunde) zu ermöglichen und außerdem werden gleichzeitig die Daten für zwei Bereichsabschnitte aufgrund der geforderten Überlappung dieser Bereichsabschnitte gesammelt. Falls man die Bereichsabschnitte zur Erzielung einer noch größeren Überlappung etwa 27 m lang macht, so muß das Datensteuergerät 72 die Dateneingänge bezüglich dreier Bereichsabschnitte gleichzeitig koordinieren. Die Möglichkeit einer Überlappung ist jedoch deutlich anhand des Beispiels aufgezeigt, bei welchem nur zwei Bereichsabschnitte gleichzeitig datenmäßig erfaßt werden. Das Datensteuergerät 72 erfüllt auch die Funktion eines Hinzuaddierens neuer Daten zu den zuvor gespeicherten Daten in jedem der verschiedenen Bereichsabschnitte, so daß jeder Strich auf der Aufzeichnung 44 die Gesamtzahl von Daten wiedergibt, welche sich von der Zeit ab angesammelt haben, zu der die entsprechende Stelle des Gewässerbodens 46 zuerst in das Gesichtsfeld des nach vorwärts gerichteten Schallortungssystems 28 eingetreten ist.

Der erste Teil des Datensteuergerätes 72, welcher nun beschrieben werden soll, befaßt sich mit der Sammlung der Daten für die verschiedenen Bereichsabschnitte. F i g. 7 zeigt die Verbindungen mit anderen Teilen der Einrichtung gemäß F i g. 2, wobei diese Verbindungen zur Übertragung der maßstabsveränderten Daten an der Ausgangsleitung 90 des Geschwindigkeitskompensators 70, zur Übertragung der Schiffsgeschwindigkeitsimpulse über die Leitung 80 und der temperaturkompensierten Taktimpulse auf der Leitung 122 von dem Doppler-Schallortungssystem 38 längs des Kabels 78, ferner zur Übertragung des Schlüsselsignals der Leitung 84 von dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 und der Taktsignale des" Taktgebers 66 über die Leitung 74 dienen. Das Datensteuergerät 72 enthält die Zähler 296 und 298,300, 302 und 304, Verzögerungsschaltungen 306,308,310 und 312, Schalter 314Λ und 314Ö, Speichereinheiten 316 und 318, eine Dividiereinrichtung 320, Torschaltglieder 322 und 323 und schließlich ein Flip-Flop 324.

Der Zähler 2% zählt die Impulse, welche von der Leitung 80 abnehmbar sind und erzeugt auf der Leitung 326 ein Signal entsprechend einer Digitalzahl, welche die Anzahl der 9,1 -m-Wegstücke des vom Schiff zurückgelegten Weges darstellt, welche sich auf dem Wege des Schiffes 20 durch das Gewässer 22 angesammelt haben. Der Zähler 296 zählt modulo 250, da 250 Bereichsabschnitte abzuzählen sind und wenn das Schiff eine ausreichende Wegstrecke, nämlich etwa 2300 m, zurückgelegt hat, beginnt der Zähler 2% von neuem mit seiner Zählung. Zur Rückstellung des Zählers 296 von Hand kann eine Handrückstelleinrichtung 328 vorgesehen sein, so daß zu Beginn der Fahrt des Schiffes 20 der Zähler auf einen Zählerstand 250 eingestellt werden kann, derart, daß nach Zurücklegen des Wegstückes von 9,1 m auf der Leitung 326 der Zählerstand »1« angezeigt wird. Wenn die Handrückstelleinrichtung 228 nicht bedient wird, so kennzeichnet jede beliebige, zunächst im Zähler 296 vorhandene Zahl den ersten Bereichsabschnitt. Man erkennt also, daß die Digitalzahl, welche auf der Leitung 226 auftritt, die aktuelle Schiffsposition modulo 250 kennzeichnet.

Die temperaturkompensierten Taktimpulse der Leitung 122 lassen sich ohne weiteres als Entfernungssignale zur Anzeige der Entfernung verwenden, welche von der Schallenergie des Richstrahls 26 nach F ί g. 1 zurückgelegt worden ist, da die Wiederholungsfrequenz dieser Taktimpulse sich entsprechend der Wassertemperatur des Gewässers 22 ändert, wie zuvor im Zusammenhang mit Fig.3 beschrieben wurde. Jeder der Impulse auf der Leitung 122 gibt einen Gesamtausbreitungsweg der Schallenergie von 0,91 m an und wird in der nachfolgend beschriebenen Weise zur Kennzeichnung des Beginns und des Endes jeder der 250

Bereichsabschnitte verwendet.

Das Schlüsselsignal auf der Leitutig 84 stellt das Flip-Flop 324 ein, so daß es an seinem (^-Ausgang ein logisches »1 «-Signal darbietet, um die Torschaltglieder 322 und 323 zu öffnen, wobei das Torschaltglied 322 die Taktimpulse der Leitung 122 dann zu der Dividiereinrichtung 320 durchläßt. Außerdem dient das Schlüsselsignal der Leitung 84 zur Rückstellung des Zählers 304, der dann die Taktimpulse der Leitung 122 weiterhin zählt, bis ein Zählerstand von 2500 erreicht ist, wonach der Zähler 304 das Flip-Flop 324 zurückstellt, welches seinerseits die Torschaltglieder 222 und 323 schließt, wobei das Sperren des Torschaltgliedes 322 die Weitergabe der Taktimpulse zu der Dividiereinrichtung 320 beendet. Der Zählerstand von 2500, welcher durch den Zähler 304 erreicht werden kann, kennzeichnet den Maximalbereich, welcher von dem nach vorwärts gerichteten Schallortungssystem 28 nach Fig. 1 untersucht werden kann. Die Dividiereinrichtung 320 dividiert durch zehn, so daß auf der Leitung 330 eine Folge von Entfernungsimpulsen auftritt, welche jeweils ein Wegstück von 9,1 m Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden Reflexionspunkten in dem Gewässer 22 kennzeichnet, wobei jeder der Bereichsimpulse das Ende eines einzelnen Entfernungsabschnittes markiert. Man sieht also, daß mit dem Auftreten eines Schlüsselsignals auf der Leitung 84 eine Folge von Entfernungsimpulsen auf der Leitung 330 erscheint, wobei diese Folge mit dem 250sten Entfernungsimpuls abhängig von der Rückstellung des Flip-Flop 324 vermittels des Zählers 304 beendet wird, womit dieser den Maximalbereich zu verarbeitender Echosignale auszählt. Nachdem außerdem die beiden Torschaltelemente 322 und 323 zusammen von dem Schlüsselsignal und durch das Flip-Flop 324 beaufschlagt werden, läßt das Torschaltelement 323 die mit Maßstabsfaktoren modifizierten Daten der Leitung 90 während des Zeitintervalls zwischen der Einstellung und Rückstellung des Flip-Flop 324 zu der Leitung 331 durch.

Wie oben schon ausgeführt wurde, ist die Größe der Bereichsabschnitte so gewählt, daß sich benachbarte Abschnitte überlappen und demgemäß sammelt das Datensteuergerät 72 die Daten für zwei Bereichsabschnitte gleichzeitig. Der Zähler 300 und die Speichereinheit 316 sammeln die Daten für einen Bereichsabschnitt oder Entfernungsabschnitt, während der Zähler 302 und die Speichereinheit 318 die Daten für den jeweils anderen Bereichsabschnitt sammeln. Die beiden Zähler 300 und 302 zählen die einzelnen Impulse jeder Impulsfolge der maßstabsveränderten Daten auf der Leitung 331, wobei jeder der Zähler für den Beginn des jeweils zugehörigen Bereichsabschnittes in einer noch zu beschreibenden Weise rückgestellt wird und die Speichereinheiten 316 und 318 ihre Lesebefehlssignale jeweils vor Rückstellung der zugehörigen Zähler 300 bzw. 302 empfangen, worauf ebenfalls noch eingegangen wird. Die Speichereinheiten 316 und 318 liefern also an ihren Ausgangsleitungen 332 und 334 Digitalzahlen, welche die Gesamtzahl der in dem jeweiligen Bereichsabschnitt angefallenen, gewichteten oder maßstabsveränderten Daten darstellen.

Die Entfernungsimpulse auf der Leitung 330 gelangen jeweils über die Verzögerungsschaltung 308 zu dem Zähler 298, welcher diese Impulse zählt und auf der Leitung 336 ein Ausgangssignal abgibt, das jeweils den letzten Bereichsabschnitt angibt, für welchen von einer der Speichereinheiten 316 und 318 Daten erhältlich sind. Unmittelbar vor der Aussendung jedes Schallenergieim-

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pulses längs des Richtstrahls 26 nach F i g. 1 stellt das Schlüsselsignal der Leitung 84 den Zähler 298 auf den Wert der Zahl ein, welche auf der Leitung 326 ansteht. Der Zähler 298 beginnt daher seine Zählung von der Zahl aus, welche die augenblickliche Position des Schiffes 20 nach F i g. 1 darstellt. Die geringstwertige Stelle der auf der Leitung 336 erscheinenden Zahl erscheint auch auf der Leitung 338, über welche dieses der geringstwertigen Stelle entsprechende Signal zu den Schaltern 314/4 und 314ß gelangt, so daß dann, wenn ein logisches »1 «-Signal auf der Leitung 338 auftritt, die Kontaktstücke 340Λ und 340fl dieser Schalter mit Bezug auf die Darstellung in der Zeichnung in der angehobenen Stellung sind, während beim Auftreten eines logischen »O«-Signals auf der Leitung 338 die Kontaktstücke 340A und 340B die jeweils andere Stellung einnehmen. Jeder Entfernungsimpuls der Leitung 330 gelangt über den Schalter 3HA entweder zu der Leitung 342 oder zu der Leitung 344, um entweder Daten des Zählers 300 oder die Daten des Zählers 302 taktweise in die zugehörigen Speichereinheiten 316 bzw. 318 einzugeben. Die Signale der Leitungen 342 und 344 gelangen außerdem über die Verzögerungsschaltungen 310 bzw. 312 zu den Rückstelleingängen der Zähler 300 bzw. 302, um die Zähler rückzustellen, unmittelbar, nachdem die jeweiligen Zählerstände in die Speichereinheiten 316 bzw. 318 eingespeichert worden sind. Ferner werden die Entfernungsimpulse der Leitung 330 über die Verzögerungsschaltung 306 geführt und dienen zur Auslösung eines Rechenvorganges, welcher nachfolgend beschrieben wird, unmittelbar, nachdem die Daten entweder in der Speichereinheit 316 oder in der Speichereinheit 318 zur Verfügung gestellt worden sind.

Während des Betriebes liefert der Zähler 298 auf der Leitung 336 eine Zahl, welche den augenblicklichen Entfernungsabschnitt oder Bereichsabschnitt kennzeichnet, für welchen Daten zur Verfügung gestellt werden sollen. Die Daten werden in Abhängigkeit von einem Entfernungsimpuls der Leitung 330 verfügbar gemacht, der eine taktweise Eingabe der Daten in die Speichereinheiten 316 bzw. 318 bewirkt, wobei die Daten über den Schalter 314ß auf die Leitung 346 gelangen. Unmittelbar danach wird entweder der Zähler 300 oder der Zähler 302 aufgrund eines über die Verzögerungsschaltung 310 oder die Verzögerungsschaltung 312 geleiteten Entfernungsimpulses zurückgestellt. Dies ist in den beiden oberen Zeilen von Fig. 7A verdeutlicht, wobei Pfeile zur Darstellung des Beginns und des Endes der Zählintervalle für die Daten durch die Zähler 300 und 302 verwendet sind. Die Entfernungsimpulse der Leitung 330 und die Schlüsselsignale der Leitung 84 sind in den beiden unteren Zeilen von Fig. 7A angedeutet. Das Zeitdiagramm von Fig. 7A zeigt, daß eine Rückstellung des Zählers 300 oder des Zählers 302 kurze Zeit nach Auftreten des entsprechenden Entfernungsimpulses stattfindet, wobei diese Verzögerung durch die Verzögerungsschaltungen 310 oder 312 eingeführt wird. Das Rechenbefehlssignal in der fünften Zeile des Zeitdiagrammes macht die Verzögerung des Entfernungsimpulses durch die Verzögerungsschaltung 306 deutlich, wodurch erreicht wird, daß der Rechenvorgang unmittelbar nach Verfügbarkeit der Daten in dem Speicher 316 oder 318 beginnt. Die Verzögerungsschaltung 308 führt eine geeignete Zeitverzögerung ein, um die Rechenvorgänge und den Speichervorgang zu beenden, worauf nachfolgend noch hingewiesen wird. Ein Entfernungsimpuls geht dann an

den Zähler 298 und bewirkt dort die aktuelle Einstellung auf die Zahl des nächsten Bereichsabschnittes und außerdem eine Betätigung der Schalter 314A und 314S zur Einführung von Daten in den jeweils anderen der beiden Speicher 316 und 318.

Das Datensteuergerät 72 enthält ferner eine Verzögerungsschaltung 348, einen Schalter 350, einen Speicher 352, eine Recheneinheit 354 und eine Speichereinheit 356. Der Speicher 352 ist eine Speichereinrichtung willkürlicher Zugriffsmöglichkeit, in welcher abhängig von einer auf der Leitung 358 auftretenden Adresse Daten eingespeichert oder aus bestimmten Speicherabschnitten, welche von dem Adressensignal der Leitung 358 bezeichnet werden, herausgelesen werden können. Das Schaltstück 360 des Schalters 350 befindet sich in der dargestellten Schaltstellung, außer in dem verhältnismäßig kurzen, noch zu beschreibenden Zeitintervall, in welchem das Ausgangssignal des Zählers 304 über die Verzögerungsschaltung 348 zu dem Schalter 350 gelangt. Man sieht also, daß während der Sammlung von Daten durch die Zähler 300 und 302, die auf der Leitung 336 als Ausgang des Zählers 298 auftretende Zahl über den Schalter 350 und die Leitung 358 dem Speicher 352 als Adresseneingang geführt wird. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 306 hat die doppelte Aufgabe. Zum einen ist er ein Schreibebefehlssignal, welches die Eingabe von Daten in den Speicher 352 befiehlt und zum anderen löst er den Rechenvorgang in der Recheneinheit 354 aus. Die Speichereinheit 356, welche ähnlich den Speicher- in einheiten 316 und 318 ein Register enthalten kann, wird durch die Entfernungsimpulse der Leitung 330 ausgelöst und speichert die von der Speichereinrichtung 352 entsprechend dem Adressensignal der Leitung 358 auf der Leitung 362 dargebotenen Daten. Die Rechenein- ir> heit 354 zählt die auf der Leitung 364 erscheinende Zahl mit der in der Speichereinheit 356 eingespeicherten Zahl zusammen und gibt die Summe als Eingangsdaten über die Leitung 364 an die Speichereinrichtung 352 weiter, wobei diese einzuspeichernden Daten an 4η dieselbe Stelle des Speichers 352 gelangen, von welchen gerade zuvor die Daten über die Leitung 362 entnommen wurden. Die Funktion der Verzögerungsschaltung 306 wird nun deutlicher und man erkennt, daß der Entfernungsimpuls der Leitung 330 zu der « Speichereinheit 356 gelangt, bevor dieser Impuls über die Verzögerungsschaltung 306 die Recheneinheit 354 erreicht. Auf diese Weise können die Daten, welche sich in demjenigen Teil des Speichers 352 befindet, der einer auf der Leitung 336 erscheinenden Bereichsabschnitts- so zahl entspricht, für jede Aussendung von Schallenergie längs des Richtstrahls 26 auf neuesten Stand gebracht werden.

Weiterhin enthält das Datensteuergerät 72 einen Taktgeber 366, ein Torschaltelement 368, einen Zähler 5S 370, einen Vergleicher 372, einen Regenerierungsspeicher 374 und einen Digital/Analog-Umsetzer, welcher nachfolgend einfach als Umsetzer 376 bezeichnet wird. Wie oben ausgeführt wurde, liefert der Zähler 304 jedesmal dann einen Ausgangsimpuls, wenn er einen wi Zählerstand ν >n 2500 erreicht hat. Dieser Ausgangsimpuls wird sowohl dem Flip-Flop 324 als auch über die Verzögerungssschaltung 348 und die Leitung 378 dem Schaltkreis 350 zugeführt. Die Dauer des Impulses auf der Leitung 378 reicht dazu aus, die Übertragung der in μ dem Speicher 352 gespeicherten Daten zu dem Regenerierungsspeicher 374 zuzulassen. Während des Vorhandenseins des Impulses auf der Leitung 378 befindet sich das Kontaktstück 360 der Schalteinrichtung 350 in der in F i g. 7 nicht gezeigten Stellung, so daß das Adressensignal der Leitung 358 nun von dem Zähler 370 über die Leitung 380 zu dem Schalter 350 gelang*. Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 66 gelangen über die Leitung 74 zu der Zeitgebereinheit 366, die ihrerseits Taktimpulse auf der Leitung 382 darbietet, welche zu dem Torschaltelement 368, dem Schalter 370 und zu dem Z-Achseneingang des Wiedergabegerätes 40 geführt werden. Die Impulse der Leitung 378 dienen zur Aufsteuerung des Torschaltelementes 368, so daß die Taktimpulse der Leitung 382 zur Leitung 384 durchgelassen werden, von wo aus sie als Schreibebefehlssignal zum Regenerierungsspeicher 374 zur Einspeicherung von Daten der Leitung 362 geführt werden.

In der vierten Zeile des Zeitdiagramms nach F i g. 7A sind die Signale dargestellt, welche auf den Leitungen 342,344 und 330 auftreten und in die Speichereinheiten 316,318 und 356 eingegeben werden. Man erkennt, daß die Signale mit den Entfernungsimpulsen in der achten Zeile des Zeitdiagramms zusammenfallen. Man sieht, daß der Impuls, welcher von dem Zähler 304 erzeugt wird und den maximalen, zu untersuchenden Echobereich darstellt, in der sechsten Zeile des Zeitdiagramms wiedergegeben ist. Der erste aus einer Reihe von Taktimpulsen, welche auf der Leitung 384 auftreten und zur Aufdatierung des Regenerierungsspeichers 374 dienen, ist in der siebten Zeile des Zeitdiagramms gezeigt. Die zeitliche Verzögerung zwischen dem Aufdatierungssignal in der siebten Zeile des Diagramms und dem unmittelbar vorausgehenden Entfernungsimpuls der achten Zeile des Diagramms ist durch die Verzögerungsschaltung 348 verursacht, wobei die Verzögerung ausreichend lang ist, um sicherzustellen, daß das Aufdatieren des Regenerierungsspeichers auf den Datenspeicherungsbefehl der vierten Zeile des Diagramms und den Befehl zur Durchführung der Rechenvorgänge in der fünften Zeile des Diagramms folgt.

Der Zähler 370 zählt die Taktimpulse der Leitung 382 modulo 250 mit ausreichend hoher Zählgeschwindigkeit, um sämtliche 250 Bereichsabschnitte innerhalb der Dauer eines Impulses auf der Leitung 378 zu erfassen. Der Zählerstand des Zählers 370, welcher auf der Leitung 380 erscheint, wird auch dem Regenerierungsspeicher 374 zugeführt, um diesen Speicher gleichzeitig mit der Adressierung des Speichers 352 zu adressieren. Auf diese Weise werden Daten, die auf der Leitung 362 in den Regenerierungsspeicher 374 eingegeben werden, in diesem Speicher innerhalb eines Abschnittes eingespeichert, welcher dem entsprechend adressierten Abschnitt des Speichers 352 zugeordnet ist. Der Ausgang des Regenerierungsspeichers 374 fließt kontinuierlich dem Umsetzer 376 zu, welcher die in dem Regenerierungsspeicher 374 gespeicherte Digitalzahl in Analogsignale umsetzt, welche über das Kabel 92 dem V-Achseneingang des Wiedergabegerätes 40 zugeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß der Adressenzähler 370 über die Leitung 382 unabhängig von dem Schaltzustand des Schaltelementes 368 kontinuierlich Taktimpulse empfängt. Es ergibt sich also, daß der Zähler 370 die Adressen der 250 Bereichsabschnilte oder Entfernungsabschnitte in dem Regenerierungsspeicher ständig umlaufend durchzählt, um die Daten auf den neuesten Stand zu bringen, welche dem K-Achseneingang des Wiedergabegerätes 40 zugeführt werden, wobei diese Daten den Vertikalstrich in der Aufzeichnung 44 auf der Aufzeichnungsfläche 42 des

Wiedergabegerätes 40 entsprechen, wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist. Nur während der öffnung des _ Torschaltelementes 368 erscheint ein Schreibbefehlssignal auf der Leitung 384, um den Regenerierungsspeicher 374 auf den neuesten Stand zu bringen Das A"-Achsensignal für das Wiedergabegerät 40 wird von dem Vergleicher 372 geliefert, welcher die auf der Leitung 380 dargebotene Adresse mit der auf der Leitung 326 erscheinenden Zahl vergleicht, wobei die zuletzt erwähnte Zahl oben schon erläutert wurde und ι ο die augenblickliche Position des Schiffes 20 nach F i g. 1 angibt. Immer dann also, wenn die auf der Leitung 380 auftretende Adresse mit der augenblicklichen Position des Schiffes 20 übereinstimmt, erzeugt der Vergleicher 372 ein X-Achsensignal zur Synchronisation der Ablenkung des Wiedergabegerätes 40 in der A"-Richtung. Auf diese Weise wird die Darstellung auf dem Wiedergabegerät 40 räumlich entsprechend der Position des Schiffes 20 ausgerichtet oder stabilisiert.

In F i g. 8 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, bei der nur ein nach vorwärts gerichtetes Schallortungssystem verwendet wird, welches hier die Bezugszahl 28/4 trägt und eine Bedienungsvorrichtung 386 aufweist, um eine Halterung 388 anzuheben oder abzusenken, an welcher der Sendewandler 222 und eine Wandleranordnung 224 unterhalb des Schiffes 20 befestigt sind. Die Bedienungsvorrichtung enthält einen Hubmotor 390, welcher über ein Ritzel 392 und eine Zahnstange 394 über einen Zahnkranz 396 mit einer Säule 398 verbunden ist, um die Halterung 388 durch einen in dem Schiffskörper des Schiffes 20 vorgesehenen Schacht 400 anzuheben oder absenken zu können. Ein weiterer Motor402 greift in den Zahnkranz396 ein und dient zur Verdrehung der Halterung 388 in Azimuthrichtung. Die Halterung 388 ist über eine Schwenklagerung 404 verschwenkbar an der Säule 398 befestigt, um den gewünschten Höhenwinkel des Sendewandlers 322 und der Wandleranordnung 224 einstellen zu können. Die Bedienungsvorrichtung 386 gestattet eine Einstellung der Halterung 388, derart, daß die Abstrahlung längs des Richtstrahls 26 durch entsprechende Einstellung und Ausrichtung des Richtstrahls optimal ist, so daß di< Störeffekte von der Oberfläche 62 und vom Boden 4( des Gewässers 22 her sehr stark eingeschränkt werden Das nach vorwärts gerichtete Schallortungssystem 28/ enthält außerdem wieder die elektronische Schaltuni 192 und den Korrelator 86, welche zuvor in Zusammenhang mit F i g. 5 beschrieben wurden, sowie ein graphisches Aufzeichnungsgerät 406, das seinerseit! eine umlaufende Manschette 406 aufweist, welche mi einem Schreibstift 410 zusammenarbeitet, der sich ir einer Richtung senkrecht zur Bewegung der Manschette 408 über diese hin bewegt. Die Ausgangssignale de! !Correlators 86 werden auf den Schreibstift 41( übertragen, um die Signale aufzeichnen zu können Antriebswalzen oder Trommeln 412 für die Manschette oder einen Registrierstreifen sind mit 412 bezeichne und stehen, insbesondere mechanisch, mit der Antriebs welle 414 der Schiffsschraube 416 in Wirkverbindung, se daß die Bewegung des Registrierstreifens oder dei Manschette 408 mit der Geschwindigkeit des Schiffes 2( synchronisiert ist. Bekanntermaßen sind solche graphischen Aufzeichnungsgeräte mit einem Schalter 41t versehen, der durch die Vorbeiläufe des Schreibstifte; 410 betätigt wird un-1 ein geeignetes Schlüsselsignal zui Auslösung des nacn vorwärts gerichteten Schallor tungssystems erzeugt, wie dies im Zusammenhang mi Fig.5 bereits erklärt wurde. Der Schalter 418 ist übei eine Leitung 420 mit der elektronischen Schaltung 192 gekoppelt und hat mit der Leitung 84 nach F i g. f Verbindung, um die elektronische Schaltung 192 zi steuern. Aufeinanderfolgende Signale des Korrelator« 86 sammeln sich also längs desselben Teils de; Registrierstreifens 408 bei aufeinanderfolgender Durchläufen des Schreibstiftes 410 an, da eine Synchronisation zwischen den Antriebswalzen 412 de! Registrierstreifens und der Antriebswelle 414 de; Schiffes besteht. Demgemäß ist dps von dem graphi sehen Aufzeichnungsgerät 406 erzeugte Bild ähnlich demjenigen, welches auf dem Wiedergabegerät 40 nach den F i g. 1 und 2 erscheint.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schallortungs- und Anzeigeeinrichtung, insbesondere für die Navigation von Schiffen in seichtem Wasser, mit einem Wandlersystem, welches an einer Haltevorrichtung zwischen zwei Grenzflächen einer schallübertragenden Strömungsmittelschicht zur Einstellung zwischen diesen Grenzflächen verdrehbar derart gehaltert ist, daß der Schallstrahl des Wandlersystems im wesentlichen parallel zu den genannten Grenzflächen ausgerichtet is!, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Geschwindigkeit einer Bewegung des Wandlersystems (222,224) in dem Strömungsmittel gesteuer- is te Speienereinrichtungen zum Speichern von Daten entsprechend einem von dem Wandlersystem (222, 224) empfangenen Schallecho vorgesehen sind, welche einem Korrelator (86) zum Vergleich der von dem Wandlersystem (222,224) empfangenen Signale mit einem Bezugssignal zugeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandlersystem (222,224) mit dem Korrelator (86) verbundene Signalerzeugungseinrichtungen (192) zur Erzeugung sowohl des Bezugssignals als auch des über das Wandlersystem auszusendenden Signals zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtungen (192) Mittel zur Erzeugung von Signalen mil zwei verschiedenen Trägerfrequenzen aufweisen (F i g. 5).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersystem (222, 224), welches elektrische Signale in Schallsignale umzuformen vermag, Mittel (222) zur Abstrahlung von Schallenergie der ersten Trägerfrequenz und zur Abstrahlung von Schallenergie der zweiten Trägerfrequenz in einen gemeinsamen Bereich der genannten Strömungsmittelschicht aufweist, derart, daß zwischen der Schallenergie mit der ersten Trägerfrequenz und der Schallenergie mit der zweiten Trägerfrequenz eine nichtlineare Wechselwirkung auftritt und sich in einem begrenzten Strahlenbündel Schallenergie mit der Differenzfrequenz aus der ersten und der zweiten Frequenz ergibt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen ein graphisches Aufzeichnungsgerät (406, 408, 410,412) enthalten, dessen Antriebseingang mit einem Antrieb des die betreffende Einrichtung mitführenden Fahrzeugs, insbesondere mit dem Schiffsschraubenantrieb, gekuppelt ist, derart, daß ein Aufzeichnungsträger (408) mit einer zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit vorgeschoben wird (F ig. 8).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein weiteres Schallortungssystem (38) zur Erzeugung von Echolotsignalen (30, 32), die sich in einer Richtung ausbreiten, welche eine Komponente parallel und eine Komponente senkrecht zu der Richtung des genannten Sichallstrahles (26) besitzt und ferner durch eine dem weiteren Schallortungssystem angehörende Dopplermeßeinrichtung (106, 112,126) zur Ableitung von Dopplerinformationen aus den Echolotsignalen des weiteren Schallortungssystems, wobei die Speichereinrichtungen mit der Dopplermeßeinrichtung derart gekoppelt sind, daß die in den Speichereinrichtungen einzuspeichernden Daten abhängig von den Dopplerinformationen eingeordnet werden und diese Einordnung eine Beziehung zwischen der Position des Wandlersystems gegenüber einer zugehörigen Echosignalquelle herstellt und schließlich durch der Reihe nach mit verschiedenen Teilen der Speichereinrichtungen koppelbare Wiedergabeeinrichtungen (40) zur Darstellung der gespeicherten Daten.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen eine Vielzahl einzelner Speicherabschnitte enthalten, welche jeweils zur Speicherung von Daten entsprechend Echosignalen dienen, die von Echosignalquellen in jeweils vorbestimmten Entfernungsbereichen von dem erstgenannten Schallortungssystem ausgehen und daß mit der Dopplermeßeinrichtung (106, 112, 126) gekoppelte Vorrichtungen (70) zur Gewichtung der in jedem Speicherabschnitt gespeicherten Daten entsprechend der Größe des Dopplerfrequenzgehaltes in der Dopplerinformation vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen vorbestimmten Entfernungsbereiche sich jeweils zwischen benachbarten Bereichen überlappen, derart, daß in den aufeinanderfolgenden, zugehörigen Speicherabschnitten Daten speicherbar sind, welche von Echosignalquellen verursacht werden, die in einander überlappenden Entfernungen von dem ersten Schallortungssystem gelegen sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen mehrere Sammelabteilungen zur gleichzeitigen Sammlung von Daten aus zwei benachbarten Bereichsabschnitten aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem weiteren Schallortungssystem (38) Meßeinrichtungen (110) zur Bestimmung der zwischen Aussendung und Empfang eines Echolotsignals dieses Schallortungssystems verstrichenen Zeit gekoppelt sind, welche wiederum mit Speichermitteln (130) zur Speicherung aufeinanderfolgender Zeitmeßwerte verbunden sind, daß ferner eine Verbindung zwischen der Dopplermeßschaltung und den genannten Speichermitteln vorgesehen ist, um die Zeitmeßwerte in die Speichermittel mit einer Geschwindigkeit proportional dem Dopplerfrequenzgehalt einzuspeichern und daß mit den die Zeitmeßwerte speichernden Speichermitteln eine Recheneinrichtung (182) verbunden ist, welche eine bestimmte Entfernung errechnet, für welche der Zeitmeßwert entsprechend einem zukünftigen Echolotsignal eine bestimmte Größe hat (F i g. 3 und 4).

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Dopplermeßschaltung gekoppelte Vorrichtung (70) zur Gewichtung von Daten Mittel (280, 290, 292) zur Erzeugung von Impulsfolgen enthält, wobei für jedes Echosignal, welches von dem ersten Schallortungssystem empfangen wird, jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen innerhalb einer Folge vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen Mittel (298) zur aufeinanderfolgenden Ankopplung der einzelnen Speicherabschnitle entsprechend den Beruichsabsehnitten an das Wiedergabegerät (40) aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur aufeinanderfolgenden Ankopplung der Speicherabschnitte an das Wiedergabegerät einen Speicher (374) zur periodischen Sammlung von Daten aus den Speicherabschnitten enthalten, welcher mit den; Wiedergabegerät verbunden ist und eine Darstellung der gesammelten Daten mit einer Geschwindigkeit unabhängig von der Eingabegeschwindigkeit der Daten in die einzelnen Speicherabschnitte des to Speichersystems gestattet (Fig. 7).

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Zähler zur Zählung aufeinanderfolgender Echos der Echoiotsignale des ersten Schallortungssystems, ferner durch eine Adressierschaltung (368, 370) für den mit dem Wiedergabegerät (40) gekoppelten Speicher (374) sowie durch Einrichtungen, die sowohl mit dem Zähler als auch mit der Adressierschaltung verbunden sind und das Wiedergabegerät im Sinne einer Darstellung der Daten des Speichers auslösen (F i g. 7).

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator (86) einer Sendeeinrichtung zur Aussendung von Ortungssignalen mit bestimmter Modulation sowie einer Empfangseinrichtung zum Empfang von Echos dieser Ortungssignale und Einrichtungen (198, 204, 208) zur entsprechenden Modulation der empfangenen Echosignale in Übereinstimmung mit der Modulation der ausgesendeten Ortungssignale zugeordnet ist und mit der Sendeeinrichtung synchro nisierte, an die genannten Einrichtungen angeschlossene Summationsschaltungen (246,248) zur Aufsummierung einer Folge von Ausgangsimpulsen der Einrichtungen enthält, wobei aufeinanderfolgende Signale der Folge jeweils aufeinanderfolgenden Aussendungen der Ortungssignale entsprechen.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Summationsschaltungen abhängig von einer Bewegungsgeschwindigkeit der Sendeeinrichtungen gesteuert (168, 254, 256) sind, derart, daß die Ausgangssignale der Modulationseinrichtungen während eines verschobenen Zeitintervalls aufsummiert werden, wobei die zeitliche Verschiebung proportional der genannten Bewegungsgeschwindigkeit ist.