DE2557781C1 - Verfahren zum Orten von Zielsignale abstrahlenden Zielen - Google Patents

Description

ler Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Zielsignalc symme-

8 Vertahren naen einem der Ansprüche 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß Spektren der Ziclsignale durch eine Differenzierschaltung mit steigender 1-requcnz so angehoben werden, daß sie im Nutzfrequenzbereich von etwa 300 bis 1500 Hz brrulbegrcw.lcm weißen Rauschen ahnein.

9 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophone bei Flachwasser mit Auftrieb mit einem Seil (17) an einem Anker (18). und daß die Hydrophone bei T.efwasser mit Untertrieb mit einem Seil (17) an eine schwimmende Boje (18) verlegt werden. . . .

Pi 10. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die Boje mit einem Trc.b-

^te -"' ''",J!" vcrfahren^michVinem der' Ansprüche I bis K. dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophone ohne zusätzliche Mittel am Boden auscclcgt werden. ,„,.,,. , ι u

"2 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I'. dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophone durch cine'i'n einer Ausstoßöffnung befindliche Abspi.lvorrichtung (20) mil dem U-Boot verbunden sind.

13 Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrophone in einer Tiere gehalten werden, welche die günstigsten Wassersehallausbreiiungsbcdingungcn besitzt.

14 Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die von den Hydrophonen aufgenommenen Signale einer Geräusehklassifizicreinrichiung zugeführt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten von Zielsigp.le abstrahlenden Zielen, wie Seeschiffen od. dgl. mit Bestimmen von Zielpeilung und Ziclcnllcrniing von einem U-Boot aus. das mit einer akustischen I cilanlage

^VCrMiTe"incr akustischen Peilanlage ist eine hohe Peilgcnauigkeil bei hoher Reichweite /11 erzielen. Emc Entfernungsmessung ist jedoch mit nur einer Peilanlage nicht möglieh und selbst mn einer spc/.icll ausgcrus.ctcn Peilanlage nur mit geringer (ienauickcil möglich, l-in als Kreuzpeilung bekanntes Verfahren /.1 r l.nilernungsbe .tmmung benötig' zwei Peilanlagen, wie es in der DK-AS .231443 beschrieben ,si. Dort ,st eine Anordnung zum Bestimmen der Koordinaten eines (,„jcku* beschriebe,^dessenJ_;age ^^tli^e'.ZiS An

zun Tsimmen de Koordinaten eines (,bjck.es beschrieben, dessn g

einem Abstand voneinander angeordneten Peilanlagen bekannten Standorts bestimmt wird,

ordnung ist auf einem U-Boo. wegen des notwendigen Abslands der beiden Peilanlagen nicht :«ι ™''«^c™·

Aus der DU-OS -»4 14 1^ ist eine Anordnung /um Bestimmen der Ausrichtung eines Objektes in bc/.ug .ml ein nderes Obj k.'bcschriebcn. Diese Anordnung arbeite, mi. /wc Schullscndcrn an einem Objekt, in.J mit Schallcmpfängcrn bekannter Koordinaten am anderen Objekt. Dabei werden die !.aulzeiten vom SchalIscndei b S- einzelnen Schallempfänger bestimm.. Dieses Verfahren ist nicht gceignct/ur Anwendung auUn^ U-Boot, da die von einem Schill abgestrahlten Ziclsignale cm C.crauschgcmisch sind, wie es jedes Ehrende Schiff erzeugt. Signale mit Impiilscharakicr werden dabei mehl generiert.

Ein anderes Verfahren zur Entfernungsbestimmung mit einer ein/igen Peilanlage setzt eine Positionsänderung les U-Bootes voraus, was wiederum die Eigenverraismöglichkeit dadurch erhöhl. daß die vom U-Boot während jer Positionsveränderung abgestrahlten Motoren- und Sehruubengeräusche vom Ziel aufgefangen werden können.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Entfernungsbestimmung mit passiven Mitteln, also ohne Eigenverraismögliehkeit-, /ti verbessern.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Position des Hydrophons wird bestimmt, indem das Hydrophon vom U-Boot ein Signals erhält, das das Hydrophon zum Aussenden eines Schallsignals veranlaßt. Die Laufzeit dieses Signals wird von der Peilanlage m des U-Bootes gemessen und daraus der Abstand des Hydrophons vom U-Boot bestimmt. Gleichzeitig wird das Hydrophon von der Peilanlage des U-Boots gepeilt und die Richtung des Hydrophons zum U-Boot bestimmt.

Das Hydrophon ist über ein abspulbarcs Kabel (Torpedo-Kabel, Bojenkabel) mit dem U-Boot verbunden. In flachem Wasser wird das Hydrophon am Meeresboden verankert oder am Boden ausgelegt. In tiefem Wasser wird es an einem Schwimmkörper festgehalten in einer Höhe, wie es den Wasserschallausbreitungsverhältnissen entspricht.

Nach dem Verlegen von Hydrophonen begibt sich das U-Boot in Lauerstellung. Es legt sich auf Grund oder hält sich schwebend.

Sobald mit der Peilanlage ein Ziel aufgefaßt ist. wird die Zielpcilung ermittelt. Sodann wird ein gegen diese Richtung um 30° bis 120° versetztes Hydrophon ausgewählt.

Über das zugehörige Kabel zum U-Boot übertragene Zielsignale des Hydrophons werden sodann mit einer Vcr/ögerungsschaltung urrs eine variable Zeit r verzögen. Die verzögerten Signale werden m... den um T₂ verzögerten Zielsignalen der Peilanlage korrel^:.:n. (Lange Korrelationselektronik, VEB-Verlag Techzjk Berlin 1959). Es ergibt sich ein Maximum der Korrelationsfunktion. wenn die Differenz τ —τ, der Verzögerungsreiten gleich der Laufzeitdifferenz t„ des Schalles vom Ziel zur Peilanlage bzw. zum Hydrophon ist. 2i

Durch das Messen der Laufzeitdiflerenz r„ ist bei bekannten Standorten des U-Bootes (U) und des angewählten Hydrophons (H) und bei bekannter Schallgeschwindigkeit c im Wasser eine Hyperbel /1 als erster geometrischer Ort des Zieles (Z) gegeben. Die Hyperbel um die Brennpunkte H und U genügt der Gleichung

'" - r„ = T₁₁ ■ c W

Der zweite geometrische Ort ist der Pcilstrahl U—Z vom U-Boot zum Ziel, ausgedrückt durch H.
Nach dem Prinzipbild der Anordnung, wie sie Fig. 5 gibt, ist

2{</cos»-r„) '

Nach dem Fortpflanzungsgesetz ergibt sich der Entfernungsfchler Ir aus den Einzelfehlern A !t, ad und /It zu

Ar= ^2r ₂ \[, -i/sin.')·,Kt]²+ ¹Ad -r-WsU)AiI]¹ + r}_}[r-r„)² IY ''' Y+f ' -.IxY ψ

Darin ist .1.'J der Peilfehler

ΛιΙ der Fehler in der Bestimmung des Abslandes ti. so

/1 ί· der Schallgcschwindigkcitsfchlcr,

Az der Fehler in der Bestimmung der LtiufzciidilTcrcnz.

Die vom Hydrophon aufgenommenen Zielsignale worden verstärkt und dabei zweckmäßigerweise das Spektrum durch eine Differenzierschaltung mit steigender Frequenz angehoben, so daß es im Nutzlrcquenzbereich bandbegrenztem weißen Rauschen ähnelt (prcwhilcning). Über ein Zweiadcrkabel werden die verstärkten Signale zum ίί U-Boot geführt und dort einem Verzögerungsnetzwerk zugeführt. Dieses Verzögerungsnetzwerk bes'.eht zum Beispiel aus einer Reihe von Schieberegistern mit zugehöriger Aussteuerung. Die Verzögerungszeit ist einstellbar bis zu einem Maximalwert, der etwa der 1,7 lachen Schallaufzeil vom Hydrophon bis zum U-Boot entspricht. Die Peilanlage des U-Bootes nimmt nach Einpeilen der Zielrichtung Ziclsignale auf. Diese werden als elektrische Signale ebenfalls nach einem prewhitening einem zweiten festen Verzögerung«..ictzwerk von der etwa 0,7 fachen «1 SchulluuTzeit vom Hydrophon bis zum U-Boot zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Verzögerungsnetzwerke werden einem Korrelator zugeführt, dessen Anzeigeorgan zum Beispiel ein Schreiber ist, dessen Griffelausienkung proportional der Differenz τ-τ, der Verzögeriingszeiten gesteuert wird und dessen Schreibini:ensität der Ausgangsspannung des Korrelator entspricht. Die Differenz τ-τ,, bei der ein Maximum der Korrelationsfunktion auftritt, die Richtung zum angewählten Hydrophon und die Zielpeilung der Peilanlage werden einem W Rechner eingegeben, zusammen mit dem Abstand zum angewählten Hydrophon. Der Rechner berechnet die Entfernung zum Ziel.

f-.r liibt darüber hinaus noch Informationen über die Genauigkeit der gewonnenen Zielenifernung.

Die mit iler Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere il;irin. daß die MeLlgenauigkcii gegenüber iinderen Passiv-F.ntfernungsmcßverfahrcn gesteigert winl. Hie beiden geometrischen Orte des Ziels sind eindeutig einem und demselben Ziel zugeordnet. Die Zieltreniiiing isi sehr hoch. Die Vcrz.ögeriingsneizwerkc sind in bekannten Techniken leicht /u realisieren. Fs besteht die Möglichkeit einer genauen Zielklassifizierung aus ilen Signalen des /um Ziel nächsten Hydrophons. Auch die niederfrequenten Komponenten des Ziclgcräusches können aus dem Umgcbungsgeräusch hervorgehoben werden. Das Verfahren erlaub! damit auch die Verfolgung der Bahn eines geschossenen Torpedos relativ /um Ziel. Die Hydrophone sind sehr einfach, ihre I lerslcllkoslen sind so klein, daü man sie als Wegwerfartikel betrachten kann.

Die Eigenverratsmöglichkeit ist sehr klein, weil die Hydrophone hauptsächlich nur nach Auslegen zur Abgabe eines Schallimpulscs angesteuert werden und das U-Boot nach dem Auslegen keine Manöver zu fahren braucht. Es braucht auch dem (iegner nicht die Breitseite zu /eigen. Störkörper sind einfach vom Ziel zu trennen. Kinc weitere Steigerung der Oruingsleistung ist möglich durch Korrelation /wischen den Signalen benachbarter Hydrophone.

Ein Ausführungsbeispiel der lirfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Hg. I das Prinzip der Ortung.

K ig. 2 das Prin/.ipschaltbild der Oriungsanlage im einzelnen.

Fig. 3 das Schema der Oriungsanlage in flachem Wasser, F ig. 4 das Schema der ()rtungsanlage in tiefem Wasser.

Fig. 5 die Gcsamtaufstellungder Hydrophone und des ü-iiooies.

Fig. 1 zeigt den Standpunkt des U-Bootes (■'. des Ziels / und des Hydrophons //. Die Peilanlage des U-Bootes

empfängt die Zielsignale nach einer Sch.illauf/eil . das Hydrophon // nach der Schallaiif/eil ". Von der

Meßeinrichtung (vgl. Fig. 2) wird eine l.aul/eildifferen/ r„ gemessen. Der Absland ti des Hydrophons // vom U-Boot Γ ist bekannt. Der erste geometrische Ort für den Standpunkt des Ziels Z ist die Hyperbel h um die Brennpunkte // und V. diese genügt der (ileichung

Der zweite geometrische Ort ist der Peilstrahl C-Z der Peilanlage.

F*ig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild der Peilanlage im einzelnen, liin Schallwandlcr I ist mit einem Verstärker 2. in dem das Spektrum durch die Differenzierschaltung mit steigender Frequenz so angehoben wird, daß es einem bandbegrenztem weißen Rauschen ähnelt, zu einem I lydrophon 3 zusammengebaut.

Die Messung des Abslandes ι/ vom U-Boot zum Hydrophon entsteht dadurch, daß über die Doppelleitung 4 dem Hydrophon ein elektrisches, von diesem elektroakustisch gewandeltes Signal zugeführt, und die Laufzeit dieses Signals mit Hilfe der Meßeinrichtung 8. 9. 10. 12. 13. 14 und 15 gemessen wird.

Mit der Peilanlage 9. 10 wird gleichzeitig die Richtung /um I lydrophon bestimmt werden.

Als dabei verwendetes, elektrisches Signa! eigne; sich ein schwaches Rausehsignal von kurzer Kohärenzdauer aus dem Schallsender 5. F.in solches vermindert die schon geringe Verraiswahrscheinlichkeit noch mehr.

Über das Zweiaderkabel 4 werden die durch das Hydrophon vom Ziel empfangenen verstärkten Zielsignale zum U-Boot geführt, erneut verstärkt und über einen Wählschalter 6 einem Verzögerungsnetzwerk 8 zugeführt. Dieses Verzögerungsnetzwerk 8 besteht im vorliegenden Beispiel aus einer Reihe von Schieberegistern mit zugehöriger Ansteuerung. Die Ver/ögerungs/eil r ist bis zu einem Maximalwert einstellbar. Dieser entspricht etwa der 1.7fachen Schallaufzeil vom Hydrophon bis zum U-Boot.

In Fig. 2 ist weiterhin die Peilanlage 9 des U-Boots mit der dazugehörigen Elektronik 10 gezeigt. Über eine Richtkeule 11 nimmt die Peilanlage Zielsignale vom Ziel auf. Diese werden ehenfails einem prewhitening unterworfen und sodann einem Zeitverzögerungsnetzwerk 12 mit fester Verzögerungszeil t, zugeführt, mit einer Schallaufzeit, die etwa dem 0.7fachen der Schallaufzeit vom Hydrophon und von tier Peilanlage durchlaufen ggf. symmetrische Klipper, bevor sie den Vcrzögerungsschaltungen zugeführt werden.

Die Ausgangssignale der beiden Verzögerungsnetzwerke 8 und 12. das eine kommend vom Hydrophon 3. das andere von der Peilanlage 9. 10. werden einem Korrelator zugeführt. Dieser besteht aus einem Multiplikator 13 und dem Integrator 14. Ein Schreiber 15 wird in der Schreibinicnsität gesteuert von dem vom Integrator i>/ kommenden Signal, in der Auslenkung des SchreibgrilTcls dagegen von der Differenz, τ-T₂ der im Verzögerungsnetzwerk 8 und in dem Zeitverzögerungsnetzwerk 12 eingestellten Verzögerungszeiten. Diejenige Differenz τ-τ_:. bei der ein Maximum der Korrelationsfunktion auftritt, entspricht der Laufzeitdiffcrcnz r„. Die Richtung zum angewählten Hydrophon, die Zielpeilung und die Differenz r r, werden einem Rechner 16 eingegeben zusammen mit dem Ahstand ti /um angewählten Hydrophon. Der Rechner berechnet die Entfernung zum Ziel nach der Gleichung

ί/² - r^{2 r}~ 2<</cos.'i-r„)

und die Genauigkeit der gewonnenen Zielentfernung zum Beispiel nach der Gleichung

ir- ~^T . \\r-ir/sin H- i.'Jl²-t|(d r cos.'i) Ii/]² 4 r²(r r„)^: ti- — r;, I

In den Gleichungen ist r„ = (τ - r,) · ι.

Die Anordnung zur l'assiv-l'.nilcmiingsmcs.simg t'ür lliichcs W;isser zeigt die I ig. 3. D;is U-Boot 19 liegt :im Meeresboden. In der Lnifemung rf liegt ;in einem Anker 18 über eine Leine 17 das Hydrophon 3. Bs ist über das Kübel 4 mit dem li-Boot 1") ;ui der Aussiol.löffiuing verbunden. Diese enthüll die Abspulvorrichiiung 20. An der Wasseroberfläche befindet sich das /iel '/..

I ig. 4 stellt ei'.ie Ausführung des Hydrophons 3 d;ir. die für tiefes Wasser geeignet ist Während in der nach lig. λ gekennzeichneten Ausführung das Hydrophon Auftrieb hat. hut es nunmehr Untertrieb, Ls wird deswegen über eine Leine 17 an einem Schwimmkörper 21 aufgehängt. Die I icle des Hydrophons kann entsprechend den Schallausbreiliingsbedingungen eingestellt weiden.

l-'i-i 5 zeigt, wie vier Hydrophone 3, bis 3₄ ausgelegt sind. Das ll-Uooi 20 legt nacheinander die Hydrophone 3,. 3,, 3, und "S_x aus. Hs legt sich dann in deren Mille auf den (iruini. Hei diesem ausgelegten Muster ist es stets möglich, zu einem aufgefaßten Ziel dasjenige Hydrophon auszuwählen, dessen Richtung zum U-Boot mil der Zielpeilung einen Winkel /wischen 30 imuI 120" bildet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 Verfahren zum Orten von Ziclsignale abstrahlenden Zielen, wie Seeschiffen od. dgl., mit Bestimmen von Zielpeüimg und Zielentfcrnung von einem U-Boot aus. das mit einer akustischen Peilanlage versehen ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestimmen der Zielen!fernung mindestens cm durch ein Verbindungskabel mit dem U-Boot verbundenes Hydrophon in bekanntem Abstand und m bekannter Richtung zum U-Boot ausgelegt wird und daß eine Laufzeitdifferenz der mit der Peilanlage einerseits und dem Hydrophon andererseits ebenen Zielsignale bestimm, wird, daß aus der Laufzeudinerenz unter «"ucksicht.gung der Schallgeschwindigkeit im Wasser eine Kntfcmungsdincrcn/. bestimmt wird und daß aus der Entfernung* differenz. lern Abstand des Hydrophons und einem Differenzwinkel ..wischen Z.elpe.lung und Richtung des HvdroDhons die Zielentfernung bestimmt wird.

   ο Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß am Hydrophon em Schalender angebracht ist, der nach dem Auslegen über das Verbindungskabel zum Ausstrahlen eines akustischen Signals ansteuerbar ist! und daß der Abstand und die Richtung des Hydrophons durch Messen der Laufzeit des akustischen Signals und Peilen des Schallsenders ermittelt werden. .

   (verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hydrophone in etwa e.nem Kreis um das U-Boo, herum angeordnet werden und daß zur^ Bestimmung der Zielentlernung dasjenige Hydrophon ausgewählt wird, das vom U-Boot aus in einer Richtung hegt, die mit der Richtung zum Ziel einen Winkel zwischen 30° und 120° einschließt. .

   4 Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Peilanlage und die mit dem Hydrophon empfang',«.-, Zielsignalc nach jeweiliger Zeitverzögerung (t. r₂) gegeneinander durch eine Koirelationseinheil miteinander verglichen werden. . . .

   5 Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeiger der Korrelationseinheit ein Schreiber dient dessen Griffclauslcnkung durch eine Differenz (t-t,) der Verzögcrungsze.ten und dessen Schreibintcnsität durch die Ausgangssnannung der Korrelationseinheil gesteuert wird.

   6 Verfahren nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz (τ-τ₂). bei der ein Maximum der Korrelationsfunktion auftritt und die damit gleich der LaufzcK liflcrcnz der Zielsignalc ist, die Zielpeilung. die Richtung zum und der Abstand des Hydrophons einem Rechner eingegeben wird, der