DE2506997A1

DE2506997A1 - Seitengerichtete sonaranordnung

Info

Publication number: DE2506997A1
Application number: DE19752506997
Authority: DE
Inventors: George A Gilmour
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1976-01-15
Also published as: NL7501893A; FR2273287A1; FR2273287B1; DE2506997C2; SE413055B; US3950723A; CA1016263A; JPS50124673A; GB1489442A; SE7501646L; JPS5846712B2

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9

Düsseldorf, 18. Febr. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Seitengerichtete Sonaranordnung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Sonarsysteme, insbesondere ein seitengerichtetes Sonarsystem mit Fokussierung über den gesamten Wirkungsbereich.

In seitengerichteten oder seitenorientierten Sonarsystemen richtet ein Meßwertwandler an einem Trägerfahrzeug periodisch Impulse akustischer Energie auf ein etwa vom Meeresgrund gebildetes Zielgebiet. Die ausgesandte oder abgestrahlte Energie hat in Richtung der Trägerbewegung einen besonders schmalen Strahlverlauf, so daß ein ausgesandter Impuls akustischer Energie zunächst auf den Meeresboden auftrifft und über ein verhältnismäßig schmales, langgestrecktes Gebiet abgelenkt wird, das als das Beschallungs- oder beschalltes Gebiet bezeichnet wird.

Von dem beschallten Gebiet sowie darauf befindlichen Zielgegenständen reflektierte akustische Energie wird von einem Empfänger-Meßwertwandler aufgefangen. Die Empfangsstrahlung des Empfänger-Meßwertwandlers hat einen ähnlichen Verlauf bzw. eine ähnliche Verteilung wie die ausgesandte Strahlung, so daß der Empfänger von dem verhältnismäßig schmalen beschallten Gebiet reflektierte akustische Energie erfaßt. Die aufgefan-

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Teiefon (0211) 32Ο8 58 Telegramme Custopat

gene akustische Energie wird verarbeitet und mittels einer geeigneten Wiedergabeeinrichtung abgebildet. Bei jeder Impuls aus Sendung und jedem anschließenden Empfang wird auf der Wiedergabeeinrichtung eine Abtastlinie erzeugt, um so ein Abbild des Meeresbodens ähnlich der Abtastung eines herkömmlichen Kathodenstrahls in einer Fernseh-BildrÖhre zu erzeugen .

Beim Überstreichen des beschallten Gebiets zur Seite bzw. zu den Seiten des Trägerfahrzeugs hin ist die Auflösung in Richtung der Fahrzeugbewegung durch die Länge des Empfänger-Meßwertwandlers begrenzt. Zur Erhöhung der Auflösung ist ein seitenorientierter Sonar-Meßwertwandler gekrümmter Gestalt entwickelt worden, indem die ihn bildenden Meßwertwandler-Segmente längs eines Kreisbogens liegen, dessen Radius die Konstruktionshöhe ist, und akustische Energie wird längs einer Fokuslinie auf den Meeresboden fokussiert. Diese fokussierten Meßwertwandler müssen jedoch in einer genauen Höhe über dem Meeresboden eingesetzt werden, da Abweichungen davon nach oben oder unten zu einer Defokussierung und damit einer Beeinträchtigung der Wiedergabe führen würden. Um solchen konstruktiven Beschränkungen aus dem Wege zu gehen, ist beispielsweise schon der Vorschlag gemacht worden, mit einer elektronischen Fokussierung auf der Basis mehrerer fester Verzögerungen in Reihe mit den Meßwertwandler-Segmenten zu arbeiten, wobei die Verzögerungen nach vorgegebenen Zeitintervallen in den Schaltungsaufbau eingeschaltet werden, so daß die Fokussierung schrittweise erfolgt. Diese Möglichkeit stellt zwar einen Schritt in Richtung auf das Ziel dar, den Einsatz des Meßwertwandlers nicht an eine kritische Höhe zu koppeln, jedoch führt das Einschalten der Verzögerungen zu einer Wiedergabe, die ihre Grauskala oder Grauleiter in störender Weise periodisch ändert.

Die maximale Suchgeschwindigkeit S einer seitenorientierten Sonaranordnung mit einer Auflösung r (allgemein die Breite des beschallten Streifens) ist durch S = Nrc gegeben. Darin ist

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N die. Anzahl der Strahlen einer Seite und c die Schällgeschwindigkeit in Wasser. Wenn die Suchgeschwindigkeit für eine gegebene Auflösung erhöht werden soll, müssen in der Zeit, die ein Einzelimpuls für das Erreichen der Maximalentfernung und den Rücklauf benötigt, mehrere Strahlen gebildet werden. Ein Arbeiten mit einer solchen Mehrzahl Strahlen ermöglicht dann auch die Erhöhung der Auflösung bei Einhaltung einer bestimmten Suchgeschwindigkeit. Ein solches seitenorientiertes Sonarsystem mit Mehrfachstrahlen ist beispielsweise in der US-PS
3 742 436 beschrieben, aber an eine bestimmte Einsatzhöhe
oberhalb des Zielgebiets, plus oder minus einer gewissen
Tiefenschärfe, gebunden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer seitengerichteten Sonaranordnung mit einer elektronischen Strahlbildungsanordnung, die eine Fokussierung über den gesamten Einsatz- bzw. Entfernungsbereich ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine seitengerichtete Sonaranordnung mit einem Empfänger-Meßwertwandler, der eine Mehrzahl Meßwertwandler-Segmente aufweist, die jeweils ein Ausgangssignal entsprechend dem Empfang akustischer Energie von einer durch repetitive akustische Aussendungen beschallten
Zielgebiet abgeben können, erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch eine Signalverarbeitungsanordnung zur Fokussierung des Meßwertwandlers auf eine vorgegebene Anfangsentfernung und
zur fortlaufenden Änderung der Fokussierung nach jeder Aussendung .

Dabei kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um die Phase
der von den Meßwertwandler-Segmenten abgegebenen Signale zu
verschieben und durch zeitliche Änderung der Phasenverschiebung alle relativen Phasendifferenzen dazwischen aufzuheben. Damit wird praktisch ein Meßwertwandler simuliert, der kurz
nach dem Aussenden eines Impulses zunächst eine starke Krümmung hat, um für eine Fokussierung in Bezug auf kurze Entfernungen zu sorgen, dessen Krümmung im Lauf der Zeit aber ab-

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nimmt, wenn das Echosignal über größere Entfernungen zurückkehrt. Durch unterschiedliche Phasenverschiebungen der von den Meßwertwandler-Segmenten abgegebenen Ausgangssignale zu verschiedenen Zeitpunkten können Mehrfach-Empfängerstrahlen gebildet werden.

Durch Änderung der Phasenlage entsprechend der Gierfrequenz eines Trägerfahrzeugs können der gebildete Strahl bzw. die gebildeten Strahlen wirksam so gesteuert werden, daß der Einfluß des Gierens (Drehung des Trägerfahrzeugs um eine vertikale Achse) kompensiert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zur Phasenverschiebung mit der Zeit liefert ein digitales Schieberegister längs seiner Länge Ausgangssignale an eine Mehrzahl Mischstufen, die auch die Meßwertwandler-Segment-Ausgangssignale empfangen. Dieses digitale Schieberegister wird durch eine Taktfrequenz gesteuert, die sich mit der Zeit ändert, und die Ausgangssignale der Mischstufen werden zu einem Ausgangssignal zur weiteren Verarbeitung und Wiedergabe summiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch in perspektivischer Darstellung ein seitenorientiertes Sonarsystem im Einsatz über einem Zielgebiet;

Fig. 2 zwei verschiedene Meßwertwandler-Anordnungen, die und 3 aus einer Mehrzahl Meßwertwandler-Abschnitte oder -Segmente aufgebaut sind;

Fig. 4 etwas weiter ins einzelne gehend einige Meßwertwandler-Segmente ;

Fig. 5A eine Drauf- bzw. Seitenansicht eines Meßwertwand- und 5B lers, die jeweils dessen Fokussierung veranschau-

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lichen;

Fig. 6 schematisch die Zuordnung einer Wellenfront zu
einem in Segmente unterteilten Meßwertwandler;

Fig. 7 ein das Funktionsprinzip der Erfindung veranschaulichendes Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsanordnung ;

Fig. 8 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Bildung eines Einzelstrahls;

Fig. 9 weiter ins einzelne gehend einen Teil der Fig. 8;

Fig. 1OA Impulsfolgen an verschiedenen Stellen der Schalbis 1OE tung nach Fig. 9;

Fig. 11 den Signalverlauf für einen Oszillator der Fig. 8; Fig. 12 einen Meßwertwandler in einem Koordinatensystem;

Fig. 13 Verhältnisse ähnlich Fig. 12, jedoch mit verschobenen Koordinaten;

Fig. 14 ein Diagramm, das die Zuordnung einer Wellenfront zu einem Meßwertwandler-Segment in Verbindung mit einigen dafür maßgeblichen Begriffen erkennen läßt;

Fig. 15 ein Diagramm, das das Prinzip der Bildung von Mehrfach-Empfangerstrahlen erkennen läßt;

Fig. 16 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausfuhrungsform
einer Anordnung zur Bildung von Mehrfachstrahlen;

Fig. 17 eine weitere Ausführung der Erfindung zur Kompensation des Gierens;

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Fig. 18 ein Diagramm zur Erläuterung der Gierkompensation; und

Fig. 19 eine weitere Ausführung der Erfindung zur back- und steuerbordseitigen Erfassung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch den allgemeinen Aufbau eines seitengerichteten Sonarsystems. An einem Trägerfahrzeug 8 angebrachte seitengerichtete Sonar-Meßwertwandler senden akustische Energieimpulse mit einem bestimmten Strahlenverlauf aus, die etwa entsprechend dem Energieimpuls 9 den Meeresuntergrund 10 zunächst in einem geschwärzten Gebiet 12 treffen, um dann, je nach Erzeugung durch einen Steuerbord- bzw. Backbord-Meßwertwandler über langgestreckte schmale beschallte Streifen 14 bzw. 15 ausgelenkt zu werden. Je nach Trägerfahrzeuggeschwindigkeit und Systemaufbau empfangen dieselben Meßwertwandler oder gleiche Meßwertwandler mit bestimmten zugeordneten Empfängerstrahlen reflektierte akustische Energie, die Information bezüglich des Meeresuntergrunds bzw. Zielgegenständen auf dem Untergrund enthält, und diese empfangenen Signale werden verarbeitet und wiedergegeben bzw. abgebildet.

Bei der Weiterbewegung des Trägerfahrzeugs 8 längs eines Kurses in Richtung des Pfeiles finden mehrere aufeinanderfolgende akustische Aussendungen statt, so daß entsprechend mehrere benachbarte Gebiete auf dem Meeresgrund beschallt werden. Die Streifen 14 und 15 entsprechen den gerade beschallten Gebieten, während die Streifen 14¹ und 15¹ zuvor beschallten Streifen entsprechen, von denen Information empfangen worden ist. D. h., jedes Echosignal enthält Information, und gemeinsam bilden die Echosignale ein Schallbild des Zielgebietes .

Allgemein enthalten Echosignale unmittelbar unterhalb des Fahrzeugs keine brauchbare Information, und dementsprechend ist die Anordnung so ausgestaltet, daß die Wiedergabe Ziel-

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information zwischen einer bestimmten Mindestentfernung R bis zu einer weiter außerhalb davon liegenden bestimmten Höchstentfernung R^ zeichnet, abhängig von Faktoren wie Sendeleistung, Frequenz, Dämpfung und Inpulsfolgefrequenz der Anordnung.

Fig. 2 zeigt einen typischen Sender-Meßwertwandler oder Empfänger-Meßwertwandler für seitenorientierten Sonar-Betrieb. Wenn X die Wellenlänge in Wasser für die Arbeitsfrequenz ist, kann die Länge L des Meßwertwandlers 20 typischerweise mehreren Hundert X entsprechen und die Breite W in der Größenordnung von 3/4 X liegen. Der Meßwertwandler kann aus einem Meßwertwandler-Material wie Bleizirkonattitanat (PZT) hergestellt und in üblicher Weise aus einer Mehrzahl Meßwertwandler-Segmente 20' zusammengesetzt sein.

In Fig. 3 sind zur Strahlbildung im Nahbereich die Meßwertwandler-Segmente 20' entsprechend einem Kreisbogen 21' angeordnet, dessen Radius die Konstruktionshöhe ist, um einen längs einem besonders schmalen beschallten Bodengebiet fokussierten Meßwertwandler zu erhalten, wobei die Breite des beschallten Gebiets in Fortbewegungsrichtung in diesem Fall geringer als die Länge des Meßwertwandlers ist.

Fig. 4 zeigt drei Meßwertwandler-Segmente 20-1, 20-2 und 20-3, die einen Teil eines linearen Meßwertwandlers bilden. Jedes der Meßwertwandler-Segmente hat eine Aktivfläche 21-1, 21-2 und 21-3 für die Aussendung und/oder den Empfang akustischer Energie. Die Aktivflächen haben geeignete Elektroden, die alle auf demselben Referenzpotential liegen können. Weitere Elektroden sind auf den entsprechenden Gegenflächen 22-1 bis 22-3 angeordnet und mit zugehörigen Ausgangsleitern 23-1 bis 23-3 gekoppelt, die bei Empfangsbetrieb Ausgangssignale in Abhängigkeit vom Auftreffen akustischer Energie auf die Aktivflächen liefern.

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Fokussierung über den gesamten Entfernungsbereich

Fig. 5A und 5B veranschaulichen das Prinzip der elektronischen Bildung von Kreisbögen durch Verzögerung des Signals von Empfänger-Meßwertwandler-Segmenten, die sich in einer geraden Linie-befinden. Fig. 5A ist eine Draufsicht auf den Meßwertwandler 28, und Fig. 5B ist eine Seitenansicht, die zugleich ein Zielgebiet wie den Meeresboden 30 zeigt.

Es sei angenommen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt ti die Ausgangssignale von den Segmenten des Meßwertwandlers 28 so verzögert werden, daß der Meßwertwandler 28 elektronsich gesehen die Gestalt des Kreisbogens 32 annimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Meßwertwandler auf die Entfernung R1 fokussiert, jedoch nicht nur auf einen Punkt P1 des Meeresbodens 30, sondern auch auf alle Punkte längs eines durch den Kreisabschnitt 33 angedeuteten vertikalen Kreises. Zum Zeitpunkt t2 wird ein Kreisbogen 35 gebildet, so daß der Meßwertwandler auf eine Entfernung R2 fokussiert ist, die nicht nur den Punkt P2, sondern alle Punkte längs eines durch einen Kreisabschnitt 36 repräsentierten vertikalen Kreises umfaßt. Dieser Vorgang setzt sich fort, und der Kreisbogen 38 veranschaulicht die Situation zum Zeitpunkt t3, zu dem der Meßwertwandler auf eine Entfernung R3 fokussiert ist, die sowohl einen Punkt P3 auf dem Meeresboden 30 als auch alle Punkte umfaßt, die auf einem weiteren, mit einem Kreisabschnitt 39 angedeuteten vertikalen Kreis liegen.

Der elektronisch gebildete Kreisbogen soll mit einer starken Krümmung beginnen, um gleich nach der Aussendung auf eine kurze Entfernung zu fokussieren, dann mit der Zeit in seiner Krümmung abnehmen, wenn das Echosignal zu größeren Entfernungen fortschreitet. Der Kreisbogen ändert sich entsprechend der Beziehung

R = ct/2 , (1)

worin R die Entfernung (und der Krümmungsradius des Kreisbogens) , c die Schallgeschwindigkeit'im Wasser und t die Zeit nach der Aussendung sind. Die Anordnung ist automatisch für

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jedes Signal fokussiert", das über die Entfernung R eintreffen kann, unabhängig von der Tiefe des Meeresgrundes im Verhältnis zum Trägerfahrzeug. Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform nach der Erfindung werden die Ausgangssignale von den Meßwertwandler-Segmenten verarbeitet, um so elektronisch den Kreisbogen mit dem Radius R zu bilden, der fortlaufend in Abhängigkeit von der Zeit nach einer Aussendung anwächst. Die Signalverarbeitungseinrichtung, mit deren Hilfe der Meßwertwandler fokussiert wird, fokussiert den Meßwertwandler auf eine vorgegebene Anfangsentfernung und ändert diese Fokussierung auf elektronischem Wege ständig nach jedem Aussendevorgang. Ein Fokussieren ist notwendig zur Strahlbildung im Nahbereich, wobei der Nahbereich sich etwa zwischen dem Meßwertwandler

selbst und einer Entfernung L /X erstreckt, mit L = Meßwertwandler-Länge und λ = Arbeits-Wellenlänge in Wasser.

Zur besseren Veranschaulichung der Arbeitsweise und des noch zu erläuternden Schaltungsaufbaus wird auf Fig. 6 Bezug genommen, die einige Grundprinzipien veranschaulicht. Fig. 6 zeigt einen Meßwertwandler 40, dessen Mittelsegment mit 42 bezeichnet ist. Ein Segment i, das in einem Abstand yi vom Mittelsegment 42 angeordnet ist, ist für ein beliebiges Segment des Meßwertwandlers repräsentativ. Es sind zwei von einem Punkt P ausgehende Wellenfronten 45 und 46 dargestellt. Es sei angenommen, daß die Phase im Mittelsegment 42 richtig ist. Das der Wellenfront 45 entsprechende akustische Signal, das am Meßwertwandler-Segment i eintrifft, geht auf einen früheren Zeitpunkt als die Wellenfront 46 zurück, die gleichzeitig am Mittelsegment 42 eintrifft. Die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Segments i und dem Segment 42 ist ßi (in rad) und von der Entfernung di sowie der Wellenlänge des akustischen Signals in Wasser entsprechend der Beziehung abhängig:

ßi = 2-7J-cli/>. . (2)

Jede beschallende akustische ImpulsausSendung enthält eine Reihe Perioden der Arbeitsfrequenz. Der Impuls wird von allen

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im Weg des Impulses liegenden Gegenständen zum Empfänger-Meßwertwandler reflektiert, und jedes Meßwertwandler-Segment liefert ein Ausgangssignal, dessen Amplitude und Phase von einer Reihe Faktoren wie Entfernung des Gegenstands und Winkellage im Verhältnis zu einem bestimmten Segment sowie Stärke des reflektierten Signals abhängen, und unter Vernachlässigung der Amplitudenbezeichnung kann das Sonarsignal vom i-ten Meßwertwandler-Segment wiedergegeben werden als

sin (tot - ß. (t)) , (3)

worin oJ = 2"Tf f , mit f = Sonarfrequenz. ßi in der Beziehung (3) ist eine Funktion der Zeit, d. h. ßi ändert sich mit der Zeit, da die Krümmung der Wellenfront mit der Zeit nach dem Sendeimpuls abnimmt.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Ausgangssignale von den Meßwertwandler-Segmenten zu verarbeiten, die eine Schaltungsanordnung zur Modifizierung der Phase ausgewählter Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Zeit und zur anschließenden Erfassung des Informationsgehalts sowie zur Wiedergabe der verarbeiteten Signale aufweist. Wie grundlegend mit Fig. 7 gezeigt, erzeugt ein Signalgenerator 50 eine bestimmte Zeit nach jeder akustischen Aussendung durch den Sender 48 ein Mischsignal für das i-te Meßwertwandler-Segment in der Form

sin(u)_mt - 0_±(t)) , (4)

worin =2 f und f eine Mischfrequenz ist. Das Ausgangs-

m m m ^-

signal des Signalgenerators 50 wird mit dem Ausgangssignal des i-ten Meßwertwandler-Segments in einer Signalvereinigungsschaltung in Form einer Mischstufe 52i zusammengefaßt, wobei die Mischstufe 52i ein Ausgangssignal der Form abgibt:

sin Uu)₃ - (*>_m)t - (ß_±(t) - 0.^t))J . (5)

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Grundsätzlich hat der Signalgenerator 50 zwei Funktionen. Es sei daran erinnert, daß jedes Meßwertwandler-Segment ein Ausgangssignal bestimmter Phasenlage liefert, und der Signalgenerator liefert dann zu jedem Zeitpunkt Signale, um die Phasendifferenz im Verhältnis zu einem Referenz-Segment-Ausgangs signal aufzuheben. Mit anderen Worten, es wird entsprechend der Beziehung (5) zu jedem Zeitpunkt 0., d. h. der Phase des Signalgenerator-Ausgangssignals für das i-te Meßwertwandler-Segment, im wesentlichen gleich ß., d. h. der Phase des Meßwertwandler-Segment-Ausgangssignals, gemacht. Da die Meßwertwandler-Krümmung sich in Abhängigkeit von der Zeit ändern soll, um eine Fokussierung über den gesamten Entfernungsbereich zu gewährleisten, ändert sich auch 0. mit der Zeit, so daß für jedes Meßwertwandler-Segment-Ausgangssignal 0.(t) dazu gebracht wird, den einzelnen ß.(t)-Werten zu folgen, und somit. Phasendifferenzen für alle Meßwertwandler-Segmente für jeden Zeitpunkt, zu dem akustische Echosignale von der Mindestentfernung bis zur Höchstentfernung eintreffen, im wesentlichen aufgehoben werden. Eine solche Schaltungsanordnung zur Durchführung dieser Funktion ist mit Fig. 8 gezeigt, auf die nachstehend Bezug genommen wird.

Ein Meßwertwandler 56 ist entsprechend der Darstellung beispielsweise in neun Segmente 56-1 bis 56-9 unterteilt. Eine entsprechende Anzahl Vorverstärker 58-1 bis 58-9 ist an die einzelnen Meßwertwandler-Segmente angeschlossen, um die Schalloder Sonarsignale an entsprechende Signalvereinigungsschaltungen zu liefern, wie sie hier von Mischstufen 60-1 bis 60-9 gebildet sind. Für seitenorientierten Sonarbetrieb soll die typische Echoverteilung bei Abwesenheit besonderer Zielobjekte eine gewisse gleichförmige Ausgestaltung haben. Ein typisches seitenorientiertes Sonarsystem weist dementsprechend für die Kompensation abnehmender akustischer Signalstärke infolge Ausbreitung, Absorption und Einfallswinkel gegenüber dem Untergrund eine Schaltung mit sich zeitlich ändernder Verstärkung auf, durch die der Verstärkungsfaktor des Verstärkers während der Zeit der Anwesenheit eines Echosignals entsprechend einer vorgegebenen Kurve.von einem niedrigen Wert auf einen hohen

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Wert geändert wird. Es ist somit eine Schaltung 62 zur zeitlichen Änderung des Verstärkungsfaktors (TVG) vorgesehen, die ihr Ausgangssignal an alle Vorverstärker abgibt.

Der Signalgenerator 50, der die zur Phasenkorrektur erforderlichen Signale liefert, kann von einer Schaltung mit einem digitalen Schieberegister mit mehreren angezapften Stufen 67 bis 70 gebildet sein. Ein Oszillator 72 erzeugt das bereits in Verbindung mit Fig. 7 erläuterte Mischsignal cO m. Das Mischsignal wird durch das Schieberegister 65 übertragen, indem es schrittweise durch dessen Stufen mit einer Geschwindigkeit oder Frequenz verschoben wird, die ein gleichzeitig die Stufen 67 bis 70 taktender Taktgenerator 74 bestimmt.

Die gewünschten Phasenverschiebungen für die Meßwertwandler-Segment-Ausgangssignale werden über Anzapfleitungen 77 bis 81 festgelegt, wobei der Ausgang des Oszillators 72 die Mischstufe 60-5 unmittelbar über die Anzapfleitung 77 beaufschlagt. Ein gegenüber dem Signal der Anzapfleitung 77 phasenverschobenes Singal beaufschlagt die beiden Mischstufen 60-4 und 60-6 über die Anzapfleitung 78, und weitere phasenverschobene Signale werden über die Anzapfleitungen 79, 80 und 81 an entsprechende Mischstufen 60-3 und 60-7, 60-2 und 60-8 bzw. 60-1 und 60-9 beliefert.

Die erforderlichen Phasenverschiebungen können zwar durch Änderung der Frequenz des Oszillators 72 erzeugt werden, jedoch wird im vorliegenden Beispiel die Phasenverschiebung durch zeitliche Änderung der Frequenz des Taktgenerators 74 bewirkt.

Bei Betrieb liefert somit jede Mischstufe ein Ausgangssignal, dessen Phasendifferenz im Verhältnis zum Mittelsegment 56-5 aufgehoben worden ist. Diese Signale werden weiter dadurch bearbeitet, daß sie gemeinsam durch ein Addierglied 85 zusammengefaßt und über dieses an ein Bandpaßfilter 87 abgegeben werden, das unerwünschte Seitenbänder und Oberwellen aussiebt, so daß sein Ausgangssignal für einen Detektor 89 f - f ist,

S ZU

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wobei f die Sonar- oder Schallfrequenz und f die Mischfre-

s ^m

quenz ist. Der Informationsgehalt des Signals wird dann durch den Detektor 89 als ein Wiedergabesignal an eine Aufzeichnungsoder Wiedergabestufe 90 in bekannter Weise geliefert.

Das digitale Schieberegister 65 ist weiter ins einzelne gehend in Fig. 9 dargestellt. Es sind die vier Stufen 67, 68, 69 und 70 gezeigt, wobei die Stufe 67 ein Flipflop mit einer Verzögerungseinheit für das Signal f enthält. Die Stufe 68 weist drei Flipflops auf, die drei Verzögerungseinheiten liefern, die Stufe weist fünf Flipflops auf, die entsprechend fünf Verzögerungseinheiten für das an der Anzapfleitung 69 erscheinende Signal liefern, und schließlich enthält die Stufe 70 sieben Flipflops, die sieben Verzögerungseinheiten für das an der Anzapfleitung 80 erscheinende Signal bilden. Insgesamt wird daher gegenüber dem Singal f das Signal der Anzapfleitung 78 um eine Verzögerungseinheit, das Signal der Anzapfleitung 79 um vier Verzögerungseinheiten, das Signal der Anzapfleitung 80 um neun Verzögerungseinheiten und das Signal der Anzapfleitung 81 um sechzehn Verzögerungseinheiten verzögert. Betrachtet man die Stufe 67 als Stufe eins, 68 als Stufe zwei, 69 als Stufe drei und 70 als Stufe vier, so ist die Verzögerung gleich dem Quadrat der Stufenzahl. Die einzelnen Flipflops sind jeweils so aufgebaut, daß bei jedem Taktimpuls ein Eingangssignal an ihren Ausgang übertragen wird,

Die Impulsdiagramme der Fig. 10A bis 10E zeigen die relativen AusgangsSignaIe der Anzapfleitungen 77 bis 81. Die Impulsfolge der Fig. 10A stellt das Ausgangssignal des Oszillators 72 dar und kann beispielsweise eine Rechteckwelle mit einer Frequenz f von 75 kHz sein.

Die Flipflops werden durch die Steuerfrequenz f getaktet, die im vorliegenden Beispiel sich zeitlich ändert, wie das mit Fig. 11 gezeigt ist. Jedesmal, wenn zum Zeitpunkt TR ein akustischer Impuls ausgesandt wird, beginnt der Taktgenerator 74 damit, einen Taktimpuls zu liefern, dessen Frequenz

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sich linear mit der Zeit ändert, bis Echosignale aus der Höchstentfernung eingetroffen sind, wonach der Vorgang wiederholt wird. Da für die ersten 10 % der Entfernung keine Information abgebildet wird, liefert der Taktgenerator 74 tatsächlich ein Ausgangssignal an die Flipflops, das mit einer Frequenz f1 beginnt und mit einer Höchstfrequenz f2 für die Höchstentfernung IL, endet. Die Frequenz f1 kann beispielsweise 1,2 MHz sein, während die Frequenz f2 den zehnfachen Wert von 12 MHz hat.

Fig. 1OB zeigt das f -Signal nach einer Verzögerung um eine Verzögerungseinheit durch die angezapfte Stufe 67 und bei einer bstimmten Steuer- oder Taktfrequenz f im sägezahnartigen Anstieg von beispielsweise 2,4 MHz. Nach drei Verzögerungseinheiten wird die f -Kurve gegenüber der Kurve A durch die

mit Fig. 1OC wiedergegebene Kurve phasenverschoben, nach fünf Verzogerungsexnheiten nach der Stufe 69 ist die Kurve bzw. das Signal entsprechend Fig. 10D phasenverschoben, und nach sieben weiteren, von der Stufe 70 gelieferten Verzögerungseinheiten hat das Signal den mit Fig. 10E gezeigten Verlauf.

Da die Taktfrequenz f im MHz-Bereich viel größer als die Frequenz des im kHz-Bereich liegenden Mischsignals f ist, würden die Kurven oder Impulsfolgen der Fig. 1OA - E an sich mit der Taktfrequenz ein- und ausgeschaltet, jedoch ist der

Einfachheit halber nur die Hüllkurve des Mischsignals f darin

gestellt. Es sei bemerkt, daß die Impulsfolgen 1OA bis 1OE einen statischen Zustand innerhalb eines an sich dynamischen Betriebsablaufs darstellen. Die Impulsfolgen 1OA bis 1OE entsprechen somit im wesentlichen einer Momentaufnahme der einander zugeordneten Impulsfolgen an einer einzigen Stelle im f -Sägezahnanstieg, wogegen einekinematographische Aufnahme erforderlich wäre, um den tatsächlichen Betriebsablauf zwischen f1 und f2 zu zeigen, während dessen die Impulsfolgen sich \m 0.(t) der Beziehung (5) proportionale Beträge im Verhältnis zur Bezugslinie R verschieben würden.

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Die Taktfrequenz ändert sich somit nach jedem ausgesandten Sonarimpuls und während des Eintreffens der Echosignale von dem beschallten Gebiet linear mit der Zeit, und die mit Fig. 1OB, 1OC, 1OD und 10E gezeigten Impulsfolgen ändern ihre Phasenlage in Bezug auf die Impulsfolge A im Hinblick auf eine Aufhebung der Werte ß.(t) der Sonarsignale durch zeitliche Änderung der Phasenlage. Die Phasendifferenzen zwischen den Impulsfolgen sind im Hinblick auf die Bezugslinie R am rechten Ende der Impulsfolgen wiedergegeben, da an sich dis Impulsfolge E das Ausgangssignal des Oszillators 72 zu einem Zeitpunkt wiedergibt, der früher als alle Impulsfolgen darüber liegt, ebenso wie die übrigen Impulsfolgen.

Sehr kurz nach der akustischen Aussendung und wenn Echosignale verarbeitet werden müssen, ist die Taktfrequenz verhältnismäßig niedrig, so daß die Maximalkrümmung des Meßwertwandlers 56 (Fig. 8) simuliert wird, um das Signal auf einen Teil des interessierenden Gebietes zu fokussieren, der eine verhältnismäßig geringe Entfernung hat. Mit zunehmender Taktfrequenz wird die Krümmung des Meßwertwandlers geringer, so daß die Anordnung automatisch für jedes Signal fokussiert ist, das aus dem beschallten Gebiet bis zur Maximalentfernung eintreffen könnte. Die Maximalverzogerung liefert die Anzapfleitung 81, so daß die Mischstufen 60-1 und 60-9 mit der größten Phasenverschiebung beaufschlagt werden, die dann für die vorangehenden Anzapfleitungen progressiv abfällt.

Das Maß, um das das Signal f bei seinem Durchlauf durch das Schieberegister 65 verzögert werden soll, und dementsprechend das Maß der für die einzelnen Meßwertwandler-Segmente erzeugten Phasenverschiebungen ist eine Funktion des Abstands des speziellen Segments vom Referenz-Segment. Dieses Prinzip wird anhand Fig. 12 und 13, die einen Meßwertwandler in einem X/Y-Koordinatensystem zeigen, sowie Fig. 14 erläutert, die eine Wellenfront und ein Meßwertwandler-Segment entsprechend Fig. 6 zeigt. Im Idealfall würden alle Segmente des segmentierten geradlinigen Meßwertwandlers 95 auf einem Kreis mit

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dem Radius R liegen, wobei R die Entfernung ist. Der geradlinige Meßwertwandler bildet eine Tangente an diesen Kreis mit dem Radius R und liegt mit seinem Mittelpunkt im Ausgangspunkt (O, 0) eines X/Y-Koordinatensystems. Die Beziehung für den Kreis lautet:

0 0 0 ΈΓ = yr + Y^Z (6) .

Zur weiteren Untersuchung empfiehlt es sich, die Koordinaten so umzuwandeln, daß der Mittelpunkt des Meßwertwandlers festliegt, während sich die Entfernung demgegenüber verschiebt, so daß Fig. 13 den Meßwertwandler 95 als auf der Ordinate liegend und bezüglich des Ausgangspunktes (0, O) des Koordinatensystems zentriert zeigt. Setzt man

X₁ = X + R (7)

und setzt diesen Ausdruck in die Beziehung (6) ein, so erhält man:

O = X²- 2X₁R + Y² (8) .

Löst man die Beziehung (8) nach X₁ auf, so ergibt sich:

= R - ^R² - Y²' (9) .

Dies läßt sich als Reihe ausdrucken, und es läßt sich zeigen, daß mit guter Näherung gilt:

X₁A^ do) .

Da R = ct/2, gilt

Y²

I (11) -

Die Beziehung (11) zeigt, daß der Verzögerungswert X₁ sich umgekehrt mit der Zeit ändert, und daß die Größe der Verzögerung X₁ proportional dem Quadrat des Abstandes Y vom

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fraglichen Element bis zu der Stelle ist, an der der Kreisbogen den Meßwertwandler-Punkt (O, O) berührt.

Fig. 14 zeigt das i-te Meßwertwandler-Segment, wie in Fig. 6, in einer Entfernung Y. vom mittleren Meßwertwandler-Segment. Die Wellenfront 46 hat einen Abstand d. vom i-ten Meßwertwandler-Segment längs einer Radiallinie, und für die verhältnismäßig kleinen auftretenden Winkel ist d. annähernd gleich X., d. h. dem Abstand des i-ten Meßwertwandler-Segments von der Wellenfront 46 längs der X-Achse. Der Wert X. der Fig. 14, der im wesentlichen gleich d. ist, entspricht dem X.-Wert der Beziehung (11). Da X. im wesentlichen gleich d., kann es in der Beziehung (2) für d. eingesetzt werden, so daß man als Funktion der Zeit erhält

/Si

. (t) = 2'fi"Y,VAct (12)

Mehrfachstrahlbildung

Die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Trägerfahrzeugs muß für ein seitenorientiertes Sonarsystem mit Einzelstrahl gleich der Breite eines beschallten Gebiets je akustischer Aussendung sein. Dieser Wert entspricht für ein seitenorientiertes Sonarsystem hoher Auflösung typischerweise einer Größenordnung von 2-3 Knoten. Die TrägerfahrZeuggeschwindigkeit kann um einen Faktor N erhöht werden, wenn je Seite N Empfängerstrahlen gebildet werden. Das in Verbindung mit Fig. 8 erläuterte Prinzip kann eingesetzt werden, um zusätzliche Strahlen parallel zu dem zentrischen Strahl des Meßwertwandlers zu bilden. So zeigt beispielsweise Fig. 15 einen Meßwertwandler 98, der aus einer Mehrzahl Meßwertwandler-Segmente 98-1 bis 98-9 zusammengesetzt ist. Der als durchgehende Linie wiedergegebene Kreisbogen, der gegenüber dem Segment 98-5 zentriert ist, dient zur Bildung des Empfängerstrahls B und wird in der zuvor beschriebenen Weise gebildet. Weitere Empfängerstrahlen können in bezug auf weitere Segmente zentriert werden, und der mit der gestrichelten Linie wiedergegebene, gegenüber dem Segment 98-4 zentrierte

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Kreisbogen ist dem Empfänger-Strahl B¹ zugeordnet, der als Parallele zum Empfänger-Strahl B gezeigt ist. Der Einfachheit halber sind die Strahlen durch gerade Linien wiedergegeben, die die Strahlrichtung angeben. Der mit einer strichpunktierten Linie wiedergegebene Kreisbogen bildet den Strahl B" und ist in bezug auf das Meßwertwandler-Segment 98-8 zentriert. Eine Vielzahl der zur Bildung eines Strahls erforderlichen Phasenverschiebungen sind mit zur Bildung weiterer Strahlen erforderlichen Phasenverschiebungen identisch, werden jedoch nur an die Ausgänge unterschiedlicher Meßwertwandler-Segmente angelegt. Die zur Bildung eines speziellen Strahls erforderliche Phasenverschiebung läßt sich aus der Beziehung (12) erhalten, in der Y. als der Abstand des speziellen Meßwertwandler-Segments von dem Referenz-Segment für den speziellen Strahl angenommen wird.

Eine Schaltung zur Bildung von Mehrfachstrahlen unter Anwendung der in Verbindung mit Fig. 8 untersuchten Prinzipien zeigt Fig. 16, wo die Anordnung zur Veranschaulichung sieben Strahlen B1 bis B7 bildet. Der Meßwertwandler 100 ist aus neun Meßwertwandler-Segmenten 56'-1 bis 56'-9 zusammengesetzt, die jeweils aufgrund akustischer Energie von dem beschallten Gebiet ein Ausgangesignal bestimmter Amplitude und Phase liefern. Der Sender-Meßwertwandler (nicht dargestellt) wird dann in diesem Zusammenhang so ausgelegt, daß er ein Gebiet beschallt, das mindestens gleich dem von allen diesen Empfängerstrahlen "betrachteten" Gebiet ist.

Da durch die Anordnung nach Fig. 16 sieben verschiedene Strahlen gebildet werden, werden die Ausgangssignale der einzelnen Meßwertwandler-Segmente nach entsprechender Vorverstärkung parallel an sieben verschiedene Gruppen von neun Mischstufen geliefert, die das Mischsignal von einem Signalgenerator 102 erhalten. Der Übersichtlichkeit halber sind jedoch nur drei solche parallele Linien gezeigt, und zwar jeweils nur von den Meßwertwandler-Segmenten 56'-1, 56'-2, 56'-5 und 56'-7.

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Zur Bildung des Strahls B1 ist eine Mehrzahl Mischstufen vorgesehen, von denen die Mischstufen 104-1, 104-2, 104-5 und 104-7 gezeigt sind. Die Ausgänge dieser Mischstufen, ebenso wie weiterer nicht dargestellter Mischstufen zur Bildung des Strahls B1 haben die mit Fig. 7 gezeigte Form und werden gemeinsam einem Addierglied 106 zugeführt, dessen Ausgang in der bereits erläuterten Weise verarbeitet werden kann, um vom Strahl B1 empfangene Information abzubilden.

Der in bezug auf das Meßwertwandler-Segment 56'-5 zentrierte Strahl B4 wird durch die an eine Mehrzahl Mischstufen, von denen vier, nämlich 108-1, 108-2, 108-5 und 108-7, gezeigt sind, gelieferten Ausgänge der Segmente gebildet. Die Ausgänge aller dieser dem Strahl B4 zugeordneten Mischstufen werden einem Addierglied 110 zugeführt, dessen Ausgangssignal verarbeitet wird, um vom Strahl B4 empfangene Information abzubilden. In ähnlicher Weise empfangen für den Strahl B6 Mischstufen 112-1 und folgende Mischstufen 112 die Ausgangssignale von den Meßwertwandler- Segmenten, die dann, bei Vereinigung mit dem Mischsignal vom Signalgenerator 102, eine Mehrzahl Ausgangssignale ergeben, die dem Addierglied 114 zur weiteren Verarbeitung und Wiedergabe zugeführt werden.

Der Signalgenerator 102 kann ähnlich wie in Fig. 8 ausgebildet sein und dementsprechend ein digitales Schieberegister 116 mit einer Mehrzahl Stufen 117 bis 123 aufweisen. Das Mischsignal f wird vom Oszillator 125 geliefert, während das Taktsignal f von einem Taktgenerator 126 geliefert wird.

Bei der überprüfung nur der ersten Leitung von den einzelnen Meßwertwandler-Segmenten, d. h. der Leitungen mit den Mischstufen der Gruppe 104, erkennt man, daß der Aufbau allgemein der gleiche wie bei Fig. 8 ist, abgesehen von der Zentrierung des Strahls in bezug auf das Segment 56'-2. Das gleiche gilt für die Anordnung mit den Mischstufen der Gruppe 108, wobei der Strahl B4 in bezug auf das Segment 56'-5 zentriert ist, sowie den Mischstufen der Gruppe 112, wobei der Strahl B6 in

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bezug auf das Segment 56'-7 zentriert ist. Grundsätzlich werden die Leitungen mit den Mischstufen und den Addiergliedern der Fig. 8 in der Anordnung nach Fig. 16 siebenmal verdoppelt, wobei jedoch die am weitesten linke Mischstufe auf gegenüberliegende verschiedene Meßwertwandler-Segmente zentriert ist. Beispielsweise empfangen Mischstufen 104-2, 108-5 und 112-7 gegenüber entsprechenden Strahlen B1, B4 bzw. B6 das Referenzsignal f vom Oszillator 125. Nachfolgende Mischstufen erhalten das f -Signal phasenverschoben über die Ausgänge der Stufen bis 123 des digitalen Schieberegisters 116, und zwar jeweils in Übereinstimmung mit der Steuerung durch die Taktfrequenz f , die in der zuvor erläuterten Weise sich linear mit der Zeit ändert.

Die Mischstufen erhalten daher die Ausgangssignale von den Meßwertwandler-Segmenten und dem Signalgenerator und liefern mehrere Gruppen von Signalen, wobei die einer Gruppe angehörenden Signale im wesentlichen keine Phasenabweichung haben und jede Signalgruppe einen bestimmten Strahl repräsentiert. Die Signalgruppen werden weiter durch die Addierglieder, Filter und Detektoren verarbeitet, um so eine Mehrzahl Wiedergabesignale zu erhalten.

Gierkorrektur

In ruhigen Gewässern kann das Trägerfahrzeug sich längs eines geradlinigen Kurses fortbewegen. In der Regel wird es jedoch, je nach Größe, durch die Wasserbewegung beeinflußt, so daß es auch eine horizontale Drehbewegung um eine vertikale Achse ausführt, wobei dieser Vorgang als Gieren bezeichnet wird. Wenn das Fahrzeug mit einer bestimmten Giergeschwindigkeit giert und während dieser Bewegung eine akustische Aussendung stattfindet, ist der Empfängerstrahl möglicherweise infolge des Gierens nicht auf das vom Senderstrahl beschallte Gebiet gerichtet. Es kann daher eine Einrichtung vorgesehen sein, um den Empfängerstrahl bzw. die Empfängerstrahlen wirksam so zu lenken, daß die Gierwirkung kompensiert wird. Eine solche Anordnung ist mit Fig. 17 für einen Einzelstrahl wiedergegeben,

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wobei dieses Prinzip sich jedoch auch anwenden läßt, wenn mit Mehrfachstrahlen gearbeitet wird. Die Elemente der Fig. 17 entsprechen Elementen in der Anordnung nach Fig. 8 und tragen daher die gleichen Bezugszeichen. Während in Fig. 8 die Mischstufen 60-1 bis 60-9 in Form einer Pfeilspitze angeordnet waren, die zu dem Meßwertwandler-Segment zeigte, bezüglich dessen der Strahl zentriert werden sollte, sind bei der Anordnung nach Fig. 17 die gleichen Mischstufen längs einer geraden Linie angeordnet, jedoch jeweils so angeschlossen, daß sie die entsprechenden Ausgangssignale der Meßwertwandler-Segmente 56-1 bis 56-9 wie in Fig. 8 empfangen.

Um den Meßwertwandler in Abhängigkeit von der Zeit unterschiedlich zu fokussieren, liefert der Oszillator 72 das Mischsignal f und der Taktgenerator 74 das veränderliche Taktsignal f . Auch hier ist ein digitales Schieberegister 137 vorgesehen, das sich jedoch von dem Schieberegister der Fig. 8 unterscheidet. Das digitale Schieberegister hat eine Mehrzahl Stufen bis 143 und deren identische Gegenstücke in Form der Stufen 140" bis 143", die jeweils die in diese Stufen eingetragene Anzahl Verzögerungseinheiten haben.

Eine Einrichtung steuert bzw. lenkt automatisch den Empfängerstrahl, so daß dieser beim Gieren stets auf das beschallte Gebiet gerichtet ist. Um dies zu verwirklichen, ist ein digitales Schieberegister 147 mit einer Mehrzahl identischer Stufen 150 vorgesehen, die jeweils das gleiche, in die Stufen eingetragene Verzögerungsmaß gegenüber dem Mischsignal f haben. Die Stufen 150 erhalten Taktimpulse der Frequenz f von einem Taktgeber 154, wobei f von der Giergeschwindigkeit oder -frequenz abhängt. Ein Gierfrequenzfühler 156 tastet die Gierfrequenz ab, um dann die Taktfrequenz entsprechend zu steuern.

Das Mischsignal f_m beaufschlagt alle Mischstufen außer den Mischstufen 60-9 und 60-5 erst nach zweifacher Verzögerung, einmal zur Strahllenkung und einmal zur Fokussierung über den ganzen Entfernungsbereich. Jede der beiden Verzögerungen kann

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zuerst erfolgen, jedoch zeigt Fig. 17 das Schieberegister für die Strahlsteuerung als erste Verzögerungseinrichtung, da mit dieser Anordnung alle Stufen 150 identisch sein können.

Vernachlässigt man vorübergehend die Stufen 150 der Strahllenkungsschaltung, so beaufschlagt das Mischsignal f die Stufen des digitalen Schieberegisters 137. In der Anordnung nach Fig. 8 erhält die Mischstufe 60-5 das Ausgangssignal vom Oszillator 72 unmittelbar als Referenzsignal, d. h. ohne eine Phasenverschiebung. Das gleiche gilt für die Mischstufe 60-5 der Fig. 17. Die Mischstufen 60-4 und 60-6 der Fig. 8 erhalten das Mischsignal nach einer Verzögerungseinheit durch die Stufe 67. Entsprechend beaufschlagen die Stufen 140 und 140¹ der Fig. 17 die Mischstufen 60-4 und 60-6 mit einer Verzögerungseinheit. Die Mischstufen 60-3 und 60-7 erhalten insgesamt die Verzögerungseinheiten, wie sie durch die Stufen 67 und 68 vorgegeben werden. Die kumulative Verzögerung, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, entspricht vier Einheiten, und somit liefern die Stufen 141 und 141" den Mischstufen 60-3 und 60-7 vier Einheiten. Die Summe der Verzögerungseinheiten nimmt mit dem Quadrat der Stufenzahl zu, so daß die dritte Stufe und 142¹ neun und die vierte Stufe 143 und 143¹ sechzehn Verzögerungseinheiten ergibt und, beim Fehlen der Lenkungsanordnung, die Anordnung genau wie in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben arbeitet.

Eine Möglichkeit der Gierkompensation besteht darin, den Empfänger-Meßwertwandler unter einem bestimmten Winkel θ im Verhältnis zur Fortbewegungsrichtung zu befestigen, wie das mit Fig. 18 angedeutet ist, wo die Fortbewegungsrichtung der Y-Achse entspricht und der Meßwertwandler im Verhältnis zur Fortbewegungsrichtung unter einem Winkel θ angeordnet ist, wobei θ beispielsweise die Hälfte des maximal erwarteten Gierwinkels sein kann. Wenn kein Gieren auftritt und man davon ausgeht, daß der Sender-Meßwertwandler so schräggestellt ist, daß er etwas vor der seitlichen Richtung ausstrahlt, so müßte die richtige Lage für den Meßwertwandler der gestrichelten

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Linie 56' entsprechen, um Energie von dem beschallten Gebiet zu empfangen. Für diesen Fall kann der Taktgeber 154 eine richtige Nennfreguenz f gleichzeitig an alle Stufen 150 liefern. Die von diesen Stufen hervorgerufenen Verschiebungen oder Verzögerungen bewirken eine Steuerung oder Lenkung des gebildeten Strahls um einen der Frequenz f proportionalen Betrag. Die Mischstufe 60-9 erhält keine Lenk- oder Steuerverzögerung, so daß das Meßwertwandler-Segment 56-9 praktisch stationär bleibt, während eine maximale Verzögerung nach der letzten Stufe an die Mischstufe 60-1 abgegeben wird. Die Ausrichtung des Meßwertwandlers nach Fig. 17 im Vergleich zu dem nach Fig. 18 wäre so, daß das Meßwertwandler-Segment 56-9 im Schwenkpunkt 160 angeordnet wäre.

Beginnt das Fahrzeug mit einer bestimmten Frequenz oder Geschwindigkeit zu gieren, so besteht die Gefahr, daß der Empfängerstrahl infolge dieser Bewegung nicht auf das beschallte Gebiet gerichtet ist. Es wird daher die Gierfrequenz erfaßt und die Taktfrequenz gegenüber ihrer Nennfrequenz f so moduliert, daß der Strahl zu dem beschallten Gebiet hingelenkt wird. Durch Verringerung der Frequenz gegenüber ihrer Nenneinstellung wird der Strahl zu der mit der gestrichelten Linie 56" wiedergegebenen Lage hin gelenkt, während eine Erhöhung der Frequenz dazu führt, den Strahl zu der mit der durchgehenden Linie 56 wiedergegebenen räumlichen Lage hin zu lenken. Die Stufen 150 bewirken eine Verzögerung oder Phasenverschiebung der Mischfrequenz f , die bei der Beaufschlagung der Ausgänge der einzelnen Meßwertwandler-Segmente allmählich zunimmt. Das Ausmaß der Strahlsteuerung oder -lenkung wird durch die Frequenz des Taktgebers 154 bestimmt, die ihrerseits vom Gierwert des Fahrzeugs abhängt.

Back- und Steuerborderfassung

Die Suchgeschwindigkeit kann verdoppelt werden, indem Meßwertwandler sowohl auf der Back- als auch auf der Steuerbordseite des Trägerfahrzeugs angeordnet werden, die mit unterschiedlichen

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Frequenzen arbeiten können. Die Signalverarbeitungsanordnung nach der Erfindung kann sowohl für die Back- als auch für die Steuerbordanordnung eingesetzt werden, und Fig. 19 zeigt eine Verdopplung der Anordnung nach Fig. 8 mit einem zusätzlichen zweiten Meßwertwandler 56' für den Einsatz auf der gegenüberliegenden Seite des Fahrzeugs. Außer unerwünschten Seitenbändern und Oberwellen enthalten die Ausgangssignale der einzelnen Mischstufen nicht nur das gewünschte Signal f -f von dem Meßwert-

s m

wandler 56, sondern außerdem auch ein f' -f -Signal vom Meßwert-

s in

wandler 56'. Um dieses letztgenannte Signal aus dem Ausgangssignal des Addierglieds 85 auszuscheiden, ist ein zusätzliches Bandpaßfilter 87' vorgesehen, dessen Ausgangssignal von einem Detektor 89' aufgenommen wird, der seinerseits das Signal für die Wiedergabe liefert.

Abschattung

Beim Betrieb von Sonaranlagen mit einer Mehrzahl Meßwertwandler oder einen Meßwertwandler bildenden Meßwertwandler-Segmenten wird von einem als "Abschattung" bekannten Vorgang Gebrauch gemacht, um das Ansprechen der Elemente zu verändern und damit in erster Linie unerwünschte Seitenkeulen oder -lappen des Sendeoder EmpfangsStrahls zu verringern. Bei der hier beschriebenen Anordnung werden die Kreisbogen der Fig. 5A schrittweise entsprechend der Länge der Meßwertwandler-Segmente angenähert. Diese Annäherung kann Seitenlappen hervorrufen, die als Gitter-Seitenlappen bekannt sind und für kurze Entfernungen unerwünscht sein können. Um diese Seitenlappen zu verringern, kann der gezeigte Meßwertwandler in kleinere Segmente unterteilt werden, es können für kurze Entfernungen Segmente aus der Schaltung herausgenommen werden, oder die verschiedenen Ausgangssignale der Meßwertwandler-Segmente können in geeigneter Weise als Funktion der Zeit be- bzw. abgeschattet werden.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

Seitengerichtete Sonaranordnung mit einem Empfänger-Meßwertwandler, der eine Mehrzahl Meßwertwandler-Segmente aufweist, die jeweils ein Ausgangssignal entsprechend dem Empfang akustischer Energie von einer durch repetitive akustische Aussendungen beschallten Zielgebiet abgeben können, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungs-Anordnung zur Fokussierung des Meßwertwandlers auf eine vorgegebene Anfangsentfernung und zur fortlaufenden Änderung der Fokussierung nach jeder Aussendung.
2. Sonaranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung eine Einrichtung zur Bildung mehrfacher benachbarter Empfängerstrahlen aufweist.
3. Sonaranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente längs einer geraden Linie anordnet sind.
4. Sonaranordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler einen langgestreckten Meßwertwandler aufweist und die Signalverarbeitungs-Anordnung einen gekrümmten Meßwertwandler mit einem Radius R simuliert, der sich nach einer Aussendung fortlaufend als Funktion der Zeit vergrößert.
5. Sonaranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung zusätzlich so betätigbar ist, daß sie weitere benachbarte Meßwertwandler mit simulierter Krümmung mit jeweils dem Radius R bildet, der sich nach einer Aussendung fortlaufend als eine Funktion der Zeit vergrößert.

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6. Sonaranordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Empfänger-Meßwertwandler mit einer Mehrzahl Meßwertwandler-Segmente, die jeweils so betätigbar sind, daß sie in Abhängigkeit vom Empfang akustischer Energie von einem durch repetitive akustische Aussendungen beschallten Zielgebiet ein Ausgangssignal abgeben, sowie dadurch, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung eine Einrichtung zur Modifizierung der Phase ausgewählter Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Zeit sowie eine Einrichtung zur Erfassung des Informationsgehalts und zur Wiedergabe der verarbeiteten Signale aufweist.
7. Sonaranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Modifizierung der Phase die Phasen aller Ausgangssignale modifiziert.
8. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung so betätigbar ist, daß alle relativen Phasendifferenzen zwischen den Ausgangssignalen als Funktion der Zeit aufgehoben werden.
9. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung mehrfacher benachbarter Empfängerstrahlen.
10. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger-Meßwertwandler ein Referenz-Segment aufweist.
11. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung eine Mehrzahl Einrichtungen zur Signalvereinigung aufweist, die jeweils ein entsprechendes Ausgangssignal empfangen.

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12. Sonaranordnung nach Anspruch 1O oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Modifizierung der Phase so betätigbar ist, daß sie ein Signal mit bestimmter Amplitude und Phase liefert, die eine Funktion der Entfernung des speziellen Segments vom Referenz-Segment sind, und daß sie die Amplitude als Funktion der Zeit ändert.
13. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl Referenz-Segmente aufweist und die Amplitude der Phase des von der Einrichtung zur Modifizierung der Phase gelieferten Signals eine Funktion des Abstands eines bestimmten Segments von einem der Referenz-Segmente ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung eine Signalerzeugungs-Einrichtung, die so betätigbar ist, daß sie eine Mehrzahl Ausgangssignale mit jeweils vorgegebener Amplitude und Phase abgibt; Schaltkreise zur Signalvereinigung für den Empfang der Ausgangssignale von den Meßwertwandler-Segmenten und der Signalerzeugungs-Einrichtung zur Abgabe einer Mehrzahl Signale, die zwischen sich im wesentlichen keine Phasendifferenz haben; sowie eine Einrichtung zur weiteren Verarbeitung der von den Schaltkreisen zur Signalvereinigung gelieferten Mehrzahl Signale und damit zur Erzeugung eines Wiedergabesignals aufweist und daß die Signalerzeugungs-Einrichtung eine Einrichtung zur Änderung der relativen Phasen ihrer Ausgangssignale als Funktion der Zeit hat.
15. Sonaranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zur Signalvereinigung Mischstufen sind und die Signalerzeugungs-Einrichtung eine Quelle für Mischsignale mit einer Frequenz f ; ein digitales

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Schieberegister mit einer Mehrzahl angezapfter Stufen, deren Ausgangssignale an die Mischstufen abgegeben werden; sowie eine Quelle für ein Steuersignal mit einer Frequenz f aufweist, die so betätigbar ist, daß sie die Stufen des Schieberegisters taktet und damit das Mischsignal längs des Schieberegisters überträgt, und daß die Frequenz f als Funktion der Zeit veränderlich ist.
16. Sonaranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz f von einem Anfangswert bis zu einem Endwert nach jeder akustischen Aussendung linear veränderlich ist.
17. Sonaranordnung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur weiteren Verarbeitung ein Addierglied zur Summierung der Ausgänge der Schaltungen zur Signalvereinigung; ein Filter zum Empfang des Ausgangssignals der Addierstufe zum Aussieben unerwünschter Frequenzkomponenten daraus; sowie eine Detektoreinrichtung aufweist, die auf das von dem Filter durchgelassene Signal anspricht, um ein Wiedergabesignal zu erhalten.
18. Sonaranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-Anordnung eine Signalerzeugungs-Einrichtung, die so betätigbar ist, daß sie eine Mehrzahl Ausgangssignale mit jeweils vorgegebener Amplitude und Phase abgibt; Schaltkreise zur Signalvereinigung für die Aufnahme der Ausgangssignale von den Meßwertwandler-Segmenten und der Signalerzeugungs-Einrichtung zur Abgabe einer Mehrzahl Gruppen Signale im wesentlichen ohne Phasendifferenz dazwischen; sowie eine Einrichtung zur weiteren Verarbeitung der Mehrzahl Gruppen Signale von den Schaltungen zur Signalvereinigung aufweist, um eine Mehrzahl Wiedergabesignale zu liefern,

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sowie dadurch, daß die Signalerzeugungs-Einrichtung eine Einrichtung zur Änderung der relativen Phasen ihrer Ausgangssignale als Funktion der Zeit aufweist.
19. Sonaranordnung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch

einen Träger dafür sowie durch eine Einrichtung zur änderung der relativen Phasenlagen der Ausgangssignale der Signalerzeugungs-Einrichtung als Funktion der Gierfrequenz des Trägers.

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