DE2716755A1 - Anordnung eines elektronisch abfragbaren impulsecho-empfaengers zur richtungsorientierung auf einen empfangsstrahl - Google Patents

Description

Furuno Electric Company Limited Tei-4160, Kuchinotsu-machi, Minamitakaki-gun,
Nagasaki-ken, Japan

Anordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers zur Richtungsorientierung auf einen Empfangsstrahl

Prioritäten: 15. April 1976, Japan, Nr. 51-43293 27. Januar 1977, Japan, Nr. 52-8359

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektronisch abfragbares Sonarsystem oder eine phasenversetzte Radarempfangsanordnung ,bei denen die Winkelorientierung auf einen schmalen Empfangs strahl entweder in einer oder in zwei Dimensionen einzustellen beziehungsweise zu überwachen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Orientierung auf einen über mehrere Impulsecho-Emfängerwandler aufgefangenen Empfangsstrahl.

Wird eine Mehrzahl von Ultraschall-Empfängerwandlern mit festem gegenseitigen Abstand auf einer geraden Montagelinie angeordnet und gleichzeitig betätigt, so wird ein von einem Target auf einer Unterlage, die senkrecht zu der geraden Linie steht ,zurückkommender Echoimpuls empfangen. Dementsprechend entsteht ein Empfangsstrahl mit einer Richtungsorientierung senkrecht zur Linie der Wandler. Liegt das Target dagegen in einem Winkel & relativ zu einer Senkrechten zur Linie der Wandler, so wird das Echosignal zunächst durch den ersten Wandler aufgefangen, bevor es den zweiten Wandler usw. erreicht. Das durch jeden nächst-nachfolgenden Wandler auf gefangene Echosignal ist also relativ zum vorhergehenden um einen Betrag verzögert, der dem Winkel θ entspricht. Soll für diesen speziellen Auftreffwinkel ein Spitzenwert-Ausgangesignal erzielt werden, so wird eine Verzögerungsleitung erforderlich, um eine kompensierende Phasenverschiebung zu ermöglichen, so daß alle Komponenten des Ausgang β signals in Phase kommen, um das durch additive Kombination erzielbare Ausgangssignal zu maximieren. Es wird also für den betreffenden Winkel θ ein Empfangsstrahl gebildet, der sich in ähnlicher Weise für jede beliebige Richtung zusammensetzen läßt. Mit einer so erzeugten Empfangsstrahlorientierung mittels geeigneter Kombination von Ausgangssignalen stationärer Wandler unter Verwendung von

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Zeitverzögerungsgliedern^im Gegensatz zur Verwendung von rotierenden Wandlern bei Sonareinrichtungen älterer Bauart^ lassen sich Echosignale von Targefe erfassen,die in bestimmten Sektoren des Uberwachungsfelds liegen und auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre anzeigen.

Um die Steuerung beziehungsweise überwachung auf die Winkelrichtung des EmpfangsStrahls zu erreichen, wird jedemWandler ein Phasenschieber zugeordnet, der eine Mehrzahl von Verzögerungsstufen enthält, die aus Induktivitäten und Kapazität zusammen gesetzt sind, um stufenweise die erforderlichen Zeitverzögerungen zu erzielen. Bei diesem Schaltungsaufbau jedoch werden die durch die Wandler aufgefangenen Signale im Verlaufe der Verarbeitung durch die einzelnen Stufen der Verzögerungsschaltung erheblich geschwächt und verändert und das an der Ausgangsklemme des aus Verzögerungsstufen aufgebauten Phasenschiebers abgreifbare Signal ähnelt oftmals kaum dem eintreffenden Signal. Der Grad der Dämpfung dieses Signals hängt dabei insbesondere von der Zahl der Verzögerungsstufen ab, die für eine bestimmte Verzögerungszeit erforderlich sind, die wiederum abhängt vom Auftreffwinkel des Empfangs Strahls. Um diese Dämpfungaverluste zu kompensieren, ist eine komplizierte und teure Schaltungsanordnung erforderlich.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß jedem Empfängerwandler ein Phasenschieber mit einer Mehrzahl von Verzögerungsstufen zugeordnet ist₍ entsprechend der gesamten Sektorbreite über die ein Empfangs strahl abgefragt werden soll. Außerdem sind Umschalteinrichtungen erforderlich, um die Anzahl der Stufen richtig auszuwählen, die erforderlich sind, um eine Verzögerungszeit einzustellen, die einem bestimmten Auftreffwinkel des Em- pfangsstrahls entspricht.

Die bekannten, im Prinzip vorteilhaften Anordnungen mit festste -

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henden Empfängerwandlern sind daher bis heutcrelativ umfangreich und teuer und der Schaltungsaufbau, insbesondere die Verbindungen zwischen den Phasenschiebern und den Umschalteinrichtungen werden kompliziert . Entsprechend schwierig ist auch die Einstellung und der Abgleich der Phasenschieber, da eine große Anzahl von Phaserschieberstufen mit zahlreichen Verzögerungsgliedern eingerichtet werden müssen, um eine gewünschte Genauigkeit bei der Verarbeitung des Empfangs signal θ gewährleisten zu können.

Die Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur überwachung beziehungsweise Einstellung auf einen Empfangsstrahl bei einem Echosignal-Empfangssystem so zu verbessern, daß sich ein wesentlich einfacherer Schaltungeaufbau und eine leichtere Einstellung bei besserer Genauigkeit der Gesamtanordnung ergibt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgabe gibt der Patentanspruch 1 an.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Einstell- beziehungsweise überwachungsanordnung für den Empfangsstrahl sieht für die Phasenverschiebung des Empfangesignals die Verwendung eines Uberlagerungsumsetzers (nachfolgend allgemein als Modulator bezeichnet) vor, dessen zwei Eingänge zum einen mit einem zugeordneten Empfängerwandler und zum anderen mit einem lokalen Oszillator verbunden sind, dessen Ausgangssignale phaseneinstellbar sind, im Gegensatz zur Verwendung eines Phasenschiebers mit einer Vielzahl von Verzögerungestufen. Die Abtastung der Winkelausrichtung für eine lineare Anordnung von auf Abstand voneinander stehenden Empfängerwandlern in einem Impulsechoempfänger erfindungsgemäßer Art wird also durch Mischung der jeweiligen Wandlerausgangssignale mit den fortschreitend phasenverschobenen Ausgangssignalen eines

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vielstufigen, veränderbaren Phasenschiebers erreicht, der durch einen lokalen Oszillator gespeist wird. Die additiv kombinierten Mischerausgangssignale enthalten damit Summenfrequenz - und Differenzfrequenzkomponenten , die anschließend durch ein Tief- oder ein Hochpaßfilter herausgesiebt werden, um die Abtaststeuerung auf eine bestimmte Seite beziehungsweise eine bestimmte Winkelrichtung von der Senkrechten auf die Wandleranordnung aus zu bewirken. Wird eine zweidimensionale Anordnung von Wandlern verwendet, die nach Reihen und Spalten gitterartig angeordnet sind, so läßt sich die Strahlabtastung sowohl hinsichtlich des Azimutwinkels als auch des Höhenwinkels dadurch erreichen, daß jede Spalte der Wandler mit nachgeschaltetem Mischer mit einer bestimmten zugeordneten Phasenschieberstufe über digital einstellbare Verzögerungsglieder gekoppelt wird, die zeilenweise angeordnet sind und durch einen Taktimpulsgenerator gespeist werden, dessen Pulsfrequenz einstellbar ist, wodurch sich eine stufenweise zunehmende Verzögerung spaltenweise einstellen läßt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Sonar- oder Radar-Echoempfang ssystem eine Mehrzahl von in einer Linie nebeneinander auf feststehendem gegenseitigen Abstand angeordneteiWandlern,einen lokalen Oszillator, der ein Signal mit starrer Frequenz abgibt, einen (gegebenenfalls digital steuerbaren) Phasenschieber, der das Ausgangssignal des lokalen Oszillators in der Phase verschiebt, eine Mehrzahl von Mischern, deren jeweils einer Eingang mit einem zugeordneten Wandler verbunden ist und deren jeweils anderer Eingang an den Phasenschieber angeschlossen ist, um die jeweiligen Empfangssignale mit den phasenverschobenen Auegangssignalen vom Phasenschieber zu mischen, eine Einrichtung zur gemeinsamen Kombinierung aller Ausgangssignale des Mischers sowie ein Tiefpaßfilter (oder ein Hochpaßfilter) welches lediglich die Differenzfrequenzkomponenten (oder die Sum-

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menfrequenzkomponenten) der beiden den Mischern zugeführten Frequenzen durchläßt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung läßt sich das Winkelansprechverhalten bei einer zweidimensionalen Anordnung von Empfängerwandlern in einer oder in beiden senkrechten Richtung überwachen, so daß eine vollständige Steuerung beziehungsweise Regelung auf maximalen Empfangs strahl sowohl hinsichtlich des Azimut- als auch des Höhenwinkels möglich ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend in. bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Das schematische Blockschaltbild einer mit einer Anordnung von Empfängerwandlern verbundenen Verarbeitung sschaltung gemäß einer ersten Ausführungeform der Erfindung;

Fig. 2 Das schematische Blockschaltbild einer solchen Ver

arbeitung sschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 Das schematische Blockschaltbild einer solchen Schal-

tungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform

der Erfindung und

Fig. 4 das Blockschaltbild der Steuereinheit 4 zur Phasen

winke !überwachung gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 1,2 und 3.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Mehrzahl von Empfänge rwandlern la, Ib. . . In vorhanden, die auf einer geraden Linie nebeneinander mit gegenseitigem festen Abstand angeordnet sind und die jeweiligen Empfängerflächen der Wandler sind in gleicher Richtung orientiert. Den Empfängerwandlern la, Ib. . . In sind Verstärker 2a, 2b. .. 2n nachgeschaltet, deren jeweilige Aus-

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gänge mit den Eingängen jeweils zugeordneter Mischer 5a, 5b. . . 5n verbunden sind. Die jeweils anderen Eingänge der Mischer 5a, 5b. . 5n sind mit zugeordneten Ausgangsklemmen eines Phasenschiebers 4 verbunden und die Mischerausgänge sind gemeinsam auf den Eingang eines Tiefpaßfilters 6 oder alternativ auf den Eingang eines Hochpaßfilters 7 geschaltet, das in Fig. 1 in gestrichelter Linie angedeutet ist. Die Mischer 5a, 5b. . . 5n kombinieren die jeweiligen Empfangssignale mit den Ausgangssignalen vom Phasenschieber 4 und liefern ihrerseits Ausgangssignale, deren Frequenzen jeweils der Summen- und Differenzfrequenz der Empfangssignale und der Frequenzen der Auegangssignale des Phasenschiebers 4 entsprechen. Ein lokaler Oszillator 3 gibt eine Festfrequenz f ab und sein Ausgang ist auf den Eingang des Phasenschiebers geschaltet. Der Phasenschieber 4 umfaßt mehrere Phasenschieberelemente 4a, 4b ... 4n, deren Ausgangsklemmen - wie bereits erwähnt - mit einem jeweils zugeordneten Mischer verbunden sind. Das Phasenschieberelement 4a verschiebt das Ausgangssignal des lokalen Oszillators um einen Winkelbetrag θ ; das Element 4b verschiebt das Ausgangssignal um 2 θ ; ähnlich verschieben die

ca

Elemente 4c .... 4n das Signal um 3ft η θ . Das Tiefpaß-

£a· · » CiSi

filter 6 läßt lediglich die Differenzfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Mischer 5a, 5b. . . 5n durch, und ähnlich ließe das Tiefpaßfilter 7 nur die Summenfrequenzkomponenten passieren.

Zur Erläuterung des Betriebsverhaltens sei zunächst angenommen, daß eine Ultraschall-Impulswelle der Frequenz f von einem nicht gezeigten Sender in alle Richtungen in Wasser abgestrahlt werde und daß Echosignale von im Wasser vorhandenen Objekten durch die Empfängerwandler la, Ib. . . In aufgefangen werden.

Ein durch den Wandler la aufgefangenes Empfangssignal i läßt sich durch folgende Gleichung darstellen:

i » A cos (wt -f θ ) ,

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worin mit A die Signalamplitude bezeichnet ist und U> die Kreisfrequenz 2 ■ f , sowie θ den Phasenwinkel bezeichnen.

Das Signal i. gelangt nach Verstärkung auf einen Eingang des Mischers 5a.

Das Ausgangssignal i des lokalen Oszillators 3 entspricht der

Ct

Beziehung

i_ a B cos/lt,

worin mit B die Amplitude und mit JZ die Kreisfrequenz 2 " f bezeichnet sind.

Die Phase des Ausgangesignals i wird durch das Phasenschieberelement 4a um einen Winkelbetrag Θ- verschoben; mithin ergibt

LtSi

sich ein Ausgangssignal i, wie folgt:

i₃«B cos (ilt + e_2a).

Das Empfangssignal i wird mit dem phasenverschobenen Signal i, im Mischer 5a kombiniert und es ergibt sich ein Ausgangssignal i entsprechend folgender Beziehung:

i . ■ AB cos (W t + θ. ) cos (ilt + θ_ ). 4 ^% la ^x 2a

Diese Gleichung läßt sich nach bekannten trigonometrischen Regeln wie folgt umschreiben:

i_A * AB cos (ut + ft, ) cos (ilttö, )

4 ^λ la' ^λ 2a'

1/2 AB cos j (to -H)tt'(* -θ )Jtl/2AB-

Der erste Irm auf der rechten Seite entspricht der Differenzfrequenzkomponente der beiden dem Mischer 5a zugeführten Frequenzen, während der zweite Term die Summenfrequenzkomponente angibt. Die Phasenkomponente im ersten und zweiten Term schließt

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den Phasenwinkel ü ein, der aufgrund des Phasenschieberelements 4a auftritt. Die Phase des Ausgangssignals vom Mischer 5a,

das heißt (O - θ, , G₁ + Φ_ ) ist bestimmt durch den Winkelwert ^x la 2a la Za

In gleicher Weise ergibt sich das Ausgangssignal i von Phasen-Schieberelement 4b wie folgt:

i₅ χ B cos (£tt-h2a_2a)·

Mit dem Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3, der um den Win kelbetrag 2θ₇ verschoben wird und durch Kombination mit dem Empfangssignal i im Mischer 5b ergibt sich als Ausgangssignal

10 i, wir folgt:

w 1/2 AB cos [(u)I2.)t^(e_ia2e

cos i("^)(^⁺2e)J

IABcOs(Ut + * ) cos (At+2» )

D . 13L CtSi

[ J

Die Differenzfrequenzkomponente des Ausgangssignals i, enthält den Phasenterm (θ -2β ); in analoger Weise enthält die Diffe-

1 a CtSi

renzf requenzkomponente des Ausgangseignais vom Mischer 5n den Phasenterm (Q- -ηβ· ).

Ersichtlicherweise vergrößern sich die Phasenwerte der jeweiligen Ausgangssignale der Mischer 5a, 5b. . . 5n in den Termen der jeweiligen Differenzfrequenzkomponente relativ zur jeweils vorangehenden Komponente um den Betrag β . Werden diese Differenzfrequenzkomponenten der Mischerausgangssignale miteinander kombiniert, so bildet sich ein schmaler Empfangs-, oder Ansprech-Strahlbereich, der durch den Pfeil R angedeutet ist und der in einem Winkel θ (entsprechend der Phasendifferenz θ ) relativ zur Senkrechten auf die Linie der Wandler auftritt. Der Empfangestrahl läßt sich also in jeder beliebigen, linksseitigen Richtung

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orientieren, wenn der Wert für θ mittels des Phasenschiebers 4

2a

entsprechend verändert wird, was schematisch durch einen Eingang 4 von einer Phasenwinkelsteuerung angegeben ist. Nur in Richtung des so gebildeten Empfangsstrahls orientierte Empfangs signale können das Tiefpaßfilter 6 passieren und werden durch ein nicht gezeigtes Ausgangssignalanzeigegerät angezeigt.

In prinzipiell gleicher Weise erfolgt die Ausbildung eines Empfangsstrahls in Richtung des gestrichelten Pfeile S, wenn die Summenfrequenzkomponenten der Ausgangseignale der Mischer 5a, 5b...

5n miteinander kombiniert und über das Tiefpaßfilter 7 geschaltet werden, da die Phasen der Summenfrequenzkomponenten der jeweiligen Mischerausgangssignale sich relativ zum jeweils vorhergehenden Ausgangssignal um den Winkelbetrag d_ erhöhen. Der "Summenfrequenz"-Empfangsstrahl läßt eich ebenfalls über einen Sektor oder Quadranten durch entsprechende Steuerung des Phasenschiebers verschwenken.

Ersichtlicherweise sind die Richtungen der durch die Pfeile R und S angedeuteten Empfang β strahlen symmetrisch relativ zur Senkrechten auf die Linie der Wandler für eine gegebene Einstellung des Phasen-Schiebers 4.

Dementsprechend läßt sich jeder der durch die Pfeile R und S angegebenen Empfangsstrahl erhalten, wenn jeweils eines der Filter also das Tiefpaßfilter 6 oder das Hochpaßfilter 7 eingeschaltet werden und beide Empfangs strahlen lassen sich gleichzeitig einstellen, wenn beide Filter gleichzeitig eingeschaltet werden oder ein Verzweigung sfilt er verwendet wird.

Obgleich bei der obigen Erläuterung eines Aueführungebeispiels der Erfindung der Empfangs strahl durch Kombination der Mischerausgangssignale erhalten wurde, ist es auch möglich, daß Tiefpaß- oder Hochpaßfilter so anzuordnen, daß der Empfangs strahl gebildet wird, nachdem die Summenfrequenzkomponenten oder die Differenzfrequenzkomponenten die Filter passiert haben.

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Weiterhin kann der Phasenschieber 4 k-Bit-Schieberegister umfassen, sodaß die Phase des Oszillatorsignals in aufeinanderfolgenden Stufen verschoben wird und die Größe der Phasenverschiebung läßt sich durch die Phasenwinkel-Steuereinheit 4' festlegen, die eine Impulsfolge zur Betätigung des Schieberegisters des Phasen-Schiebers 4 liefert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann die Phasenwinkel-Steuereinheit 4¹ einen Taktimpulsgenerator 22, einen Abwärtszähler 24 und eine numerische Eingabeeinheit 26 umfassen, die miteinander so verschaltet sind, daß der Abwärtszähler 24 die Taktimpulse des Impulsgenerators 22 von einem bestimmten numerischen Wert herunterzählt, der zuvor in der Eingabeeinheit 26 gespeichert ist. Der Zähler 24 ist so aufgebaut, daß er einen Impuls abgibt, wenn der Zählwert 0 erreicht ist und der Ausgang ist auf die Rücksetzklemme S zurückgekoppelt. Das Ausgangs signal des Abwärts-Zählers 24 gelangt außerdem auf den Eingang des Schieberegisters

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Eingang jedes der Mischer f3a , 3b ,... 3n J , f3a , 3b.,... 3n_} , ...

IX X Lt Lt Lt

L 3am, 3bm, . . . 3nmj jeweils mit einem Wandler in einer ebenen, horizontalen und zweidimensionalen Anordnung von Empfänge rwandlern verbunden, die nach m Reihen und η Spalten geordnet sind, nämlich die Wandler [.Za. , 2b , ... 2n 3, f2a , 2b , ... 2n_T··· (. 2am, 2bm, . . . 2nmj (nicht gezeigt). Die jeweiligen Ausgänge der Mischer sind alle gemeinsam auf den Eingang eines Filters 6 und/ader (nicht gezeigt), entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 geschaltet.

Die anderen Eingänge der Mischer in der ersten Reihe £3a.., 3b ....

3n J sind jeweils zugeordnet mit den Ausgängen der Phasenschieberelemente 4a, 4b, . . . 4n des Phasenschiebers 4 verbunden, dessen Eingang mit dem lokalen Oszillator 3 verbunden ist. Die anderen Eingänge der Mischer in der zweiten Reihe |3a , 3b , . . . 3n_ I sind mit den jeweils zugeordneten Ausgängen der Phasenschieberelemente

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4a, 4b . . . 4n über Verzöge rungs glieder L12a., IZb ,.., 12n J verbunden. In ähnlicher Weise sind die anderen Eingänge der Mischer in der dritten Reihe L3a , 3b , . . . 3n J mit jeweils zugeordneten der Ausgänge des Phasenschiebers 4 über Verzögerungsglieder Ll2a , 12b , ... 12n J und Jl2a , 12b .... 12n J

verbunden, während die anderen Eingänge der Mischer in der m-ten Reihe den jeweiligen Ausgängen des Phasenschiebers 4 über die Verzögerungsglieder [l 2a. , 12b , ... 12n.J , |_12a , 12b ... 12n J 12am - 1, 12bm - 1, ... 12nm - IJ verbunden sind. Der Aufbau der Verzögerungsglieder ist bekannt und bedarf hier keiner Erläuterung; es handelt sich beispielsweise um p-Bit-Schieberegister, deren Eingänge alle gemeinsam mit dem Ausgang eines Taktimpulsgeneratore 13 verbunden sind, der eine Impulsfolge mit einer Frequenz f abgibt, die sich steuerbar verändern läßt.

Die Verzögerungsglieder in der ersten Reihe (_12a., 12b , ...

12n.J verzögern die Ausgangssignale der jeweils zugeordneten Phasenschieberelemente um einen Betrag q. Die Verzöge rungs glieder in der zweiten Reihe |l2a_, 12b , . . . 12n 1 verzögern die Ausgangssignale der ersten Reihe der Verzögerungsglieder um einen weiteren Betrag q mit der Folge, daß die Ausgangssignale des Phasenschiebers 4 an dieser Stelle um den Gesamtbetrag 2q verzögert sind. In ähnlicher Weise sind die Ausgang β signale der Verzögerungsglieder in der (m-l)-ten Reihe £l2am-l, 12bm-l, ... 12nm-l_/ um den Gesamtbetrag (m-l)q relativ zum Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3 verzögert. Zwischen jedem Verzögerungsglied und Mischer sind (nicht gezeigte) Filter vorgesehen, um die Ausgangs impulse des jeweiligen Verzögerungeglieds in ein Sinus-Signal umzusetzen, das auf den jeweils zugeordneten Mischereingang gelangt.

Wird zur Erläuterung der Betriebsweise angenommen, daß die

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jeweiligen Phasenschieberelemente 4a-4n und die Verzögerungsglieder 12 alle so eingestellt sind, daß sich eine Verzögerungszeit Null für die Ausgangssignale sowohl des lokalen Oszillators als auch des Phasenschiebers 4 ergibt, so daß die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3 direkt auf alle Mischer gelangen, so erfolgt die Bildung beziehungsweise Einstellung auf einen vertikalen Empfangsstrahl, der auf der ebenen Empfängeranordnung senkrecht steht.

Wird nun angenommen, daß die Verzögerungeglieder so eingestellt bleiben, daß sie für die jeweiligen Ausgangssignale der Phasen-Schieberelemente 4a, 4b, . . . 4n eine Verzögerungszeit Null ergibt und werden letztere Elemente so angesteuert, daß die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3 um θ , 2θ , ... ηθ

faä £a ^a

verzögert werden, so daß die Mischer in der ersten Spalte 3a., 3a~, . . . 3am mit Signalen beaufschlagt werden, die um θ relativ zum Ausgangssignal des lokalen Oszillators verzögert sind, die Mischer in der zweiten Spalte mit Signalen beaufschlagt werden, die um 2θ verzögert sind und schließlich die Mischer in der

Lt 3.

η-ten Spalte 3n , 3n , . . . 3nm mit Signalen beaufschlagt werden, die um ηθ_ verzögert sind, so wird ein Empfangsstrahl ge-

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bildet beziehungsweise auf einen Ernpfangsstrahl eingestellt, der eine Orientierung oder Neigung von θ in Reihen-Richtung der Empfän geranordnung aufweist (entsprechend einer Phasenverschiebung von θ ), und zwar relativ zur Senkrechten auf die Empfängeranordnung.

LtSi

Dieser Empfangsstrahl läßt sich für jeden gewünschten Winkel innerhalb eines Winkelbereichs von 0 bis 90 Grad erzeugen; er läßt sich über den gesamten Sektor durch Änderung des Phasenverschiebebetrags verschwenken, der durch die Elemente des Phasenschiebers 4 bewirkt wird.

Werden umgekehrt die Phasenschieberelemente 4a, 4b, . . . 4n so eingestellt, daß die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3

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ohne Zeitverzögerung hindurchgehen, so werden die Mischer (3a , 3b , ... 3n J in der ersten Reihe direkt durch die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3, die Mischer [3a , 3b , ... 3bm_/

Lt Lt

in der zweiten Reihe mit Signal beaufschlagt, die auf einen Betrag q relativ zu den Ausgangssignalen des Oszillators 3 verzögert sind und schließlich die Mischer /3am, 3bm, ... 3nml in der m-ten Reihe mit Signalen beaufschlagt, die um einen Betrag (m-1) q verzögert sind und es gibt sich ein Empfangsstrahl, dessen Orientierung in Spaltenrichtung einem der Verzögerungszeit q entsprechenden Schwenkwinkel θ relativ zur Senkrechten auf die ebene Wandleranordnung entspricht. Ersichtlicherweise wird sich auch in dieser Richtung der Empfangs strahl über einen vollständigen Sektor

ο oder Quadranten innerhalb eines Winkelbereichs von 0 bis 90 durch entsprechende Erhöhung der Frequenz des Taktimpulsgenerators 13 verschwenken. Durch Kombination dieser Verschwenkmöglichkeit in Spalten richtung mit jener in Reihen-Richtung läßt sich die Empfangsstrahl-Ansprechrichtung auf jede gewünschte Richtung sowohl im Azimut- als auch im Erhebungswinkel innerhalb eines vorgegebenen, zweidimensionalen Quadranten unter der Wandleranordnung orientieren.

Werden weiterhin die Ausgänge der Phasenschieberelemente 4a, 4b, 4n mit den jeweils zugeordneten Eingängen der Mischer 3am, 3bm, . .. 3nm in der m-ten Reihe und mit den Eingängen der Verzögerungsglieder in der (m-l)ten Reihe verbunden, was leicht durch eine nur geringfügige Abwandlung der Schaltungsverbindungen erreicht werden kann, so läßt sich die Strahlausrichtung in Spaltenrichtung auch über den angrenzenden Sektor, das heißt von 0 bis -90 Grad durch Erhöhung der Verzögerungszeit verschwenken.

Die Ausrichtung auf den Empfangs strahl läßt sich also in jeder gewünschten Richtung, sowohl im Azimut als auch in der Erhebung durch geeignete Auswahl der Stellung der Wandleranordnung die Ver-

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Wendung von Tief- oder Hochpaßfiltern zur komplementären Verschwenkung über volle 180 Grad in einer ersten Richtung und Umschaltung der Verbindungen zwischen dem Phasenschieber und den Verzögerungsgliedern erreichen, um eine komplementäre Verschwenkung über volle 180 Grad in einer zweiten Richtung zu erreichen, die senkrecht zur ersten Richtung liegt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Ausgang des lokalen Oszillators 3 entweder mit dem in der Zeichnung rechts liegenden Eingang oder mit dem linken Eingang des Schieberegisters 4 über einen Schalter SWl verbindbar. Steht der Schalter SWl ,wie dargestellt so, daß das Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3 auf den rechten Eingang des Schieberegisters 4 gelangt, so wird das Schieberegister sichtlicherweiee von rechts nach links durchlaufen. Umgekehrt durchläuft das Ausgangssignal des lokalen Oszillators das Schieberegister 4 von links nach rechts, wenn der Schalter SWl

nach links umgelegt wird. Das Schieberegister 4 wird durch die von der Phasenwinkel-Steuereinheit 4¹ gelieferten Impulse betätigt.

Stehen die in Fig. 3 eingezeichneten Schalter SW21, SW22, ....

SW2n in der eingezeichneten Stellung, so gelangen die Auegangssignale der Phasenschieberelemente 4a, 4b, . . . 4n des Phasenschiebers 4 auf die Eingänge der jeweils zugeordneten Mischer 3a., 3b , 3n und die Verzögerungsglieder 12a ', 12b¹ ... 12η¹. Die Ausgangssignale der jeweiligen Phasenschieberelemente werden von oben nach unten übertragen. Werden andererseits die Schalter SW21, SW 22, . .. SW2n nach rechts umgelegt, so gelangen die Ausgangssignale der Phasenschieberelemente des Phasenschiebers auf die Eingänge der jetzt jeweils zugeordneten Mischer 3am, 3bm, . . 3nm und die Verzögerungsglieder 12am - 1, 12bm - 1 , ... 12nm-l.

Die Ausgangssignale der jeweiligen Phasenschieberelemente werden jetzt von unten nach oben übertragen. Die übrigen Verbindungen zwischen den Mischern und den Verzögerungsgliedern, zwischen den

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Mischern und dem Taktimpulsgenerator 13 usw. entspreche! unverändert jenen der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2.

Ersichtlicherweise läßt sich mit dieser Umschaltmöglichkeit der Empfangsstrahl in jeder gewünschten Richtung sowohl im Azimut als auch in der Erhebung durch geeignete Betätigung des Schalters SWl und der Schalter SW21, SW22, . . . SW2n orientieren.

Obgleich bei der obigen Beschreibung davon ausgegangen wurde, daß die Empfängerwandler auf einer geraden Linie (Fig. 1) oder in einer Ebene gleichabständig verteilt angeordnet s^^Fig. 2).ist dies keine notwendige Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung der Erfindung. Es ist beispielsweise möglich, den durch die Empfängerwandler in einer nicht linearen oder nicht planearen Anordnung aufgefangenen Empfangs Signalen eine feste, jedoch vorwählbare Phasenverzögerung aufzuprägen, um eine virtuell lineare oder virtuell planare Anordnung der Empfängerwandler zu gewährleisten.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist es mit der Erfindung möglich, eine Empfangsstrahlorientierung und Verschwenkung des Empfangsstrahle zu erreichen, ohne die Empfang β signale durch die Verarbeitungsschaltung zu schwächen oder zu verformen, und zwar wesentlich bedingt durch die Verwendung von Modulatoren, die mit den Empfangs Signalen und den Ausgangssignalen eines lokalen Oszillators beaufschlagt werden und Signale erzeugen, die zwei Frequenzkomponenten enthalten, deren Phasen um einen Betrag verschoben sindder bestimmbar istund sich leicht über einen veränderbaren Phasenschieber steuern läßt. Auch eine zweidimensionale Abtastung für eine planare Empfängeranordnung läßt sich vergleichsweise einfach durch Verwendung einer entsprechenden Anzahl von

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Verzögerungsgliedern erreichen, die in einem Koordinaten-Gitter

angeordnet und durch einen Taktimpulsgenerator mit variabler Frequenz steuerbar sind.

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Claims (10)

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER -f- Furuno / FP/WG/F - 110-3 Patentansprüche

1. lAnordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers zur richtungsabhängigen Einstellung und Orientierung auf einen durch mindestens zwei auf festen Abstand von einander angeordnete Impulsecho-Empfängerwandler aufgefangenen Empfangsstrahl mittels Änderung der relativen Phasenlage der durch die Empfängerwandler erzeugten Ausgangssignale und Kombination der phasenverschobenen Signale zu einem Empfangsstrahl gekennzeichnet durch

- einen lokalen Oszillator (3);

- eine Mehrzahl von veränderbaren Phasenschiebern (4a. 4b,. ,

4n), deren Anzahl mit der der Empfängerwandler (la, Ib, . . In) übereinstimmt zur fortlaufenden Verschiebung der Phase des Ausgangssignal des lokalen Oszillators;

- eine Mehrzahl von Mischern (5a, 5b, . . . 5n; 3aj»

3a γ t 3am . . . · , 3nm ) zur Modulation des je

weiligen durch die Empfängerwandler erzeugten Empfangssignale (i ,) , mit dem durch den jeweiligen Phasenschieber erzeugten Ausgangesignal;

- eine Schaltung zur Kombination der Ausgangssignale der Mischer und

- eine Einrichtung (6 oder 7) zur Auswahl mindestens einer Seitenbandfrequenz des Kombinationssignale der Mischer.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung ein Tiefpaßfilter (6) und ein Hochpaßfilter (7) umfaßt, die wahlweise mit dem Ausgang der Kombinationsschaltung verbindbar sind.

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ORlGiNAL fNSPECTED

-A - KP/WG/F-llO-3

THN MEER MÜLLER · HTEINMEISTF» ' ' '

3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung eine Mehrzahl von Tiefpaß- und Hochpaßfiltern umfaßt, die auswahlweise und einzeln zwischen die Mischerausgänge und die Kbmbinationsschaltung einschaltbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2 gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (4 ') für den durch jeden Phasenschieber (4a, 4, b ... 4n) bewirkten Phasenschiebebetrag.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur zweidimensionalen richtungsabhängigen Einstellung und Richtungsorientierung auf einen als Impulsecho auftretenden Empfangsstrahl, bei der eine Mehrzahl von in m Reihen und η Spalten angeordnete Impulsecho-Empfängerwandler vorhanden sind gekennzeichnet durch

- η veränderbare Phasenschieber zur fortschreitenden

Weiterverschiebung der Phase des Ausgangssignal des lokalen Oszillators (3) ;

n(n-1) veränderbare, in m-1 Reihen und η Spalten angeordnete Verzögerungsschaltungen (12al,

12a2. . . I2am-1 12nm -r1) , die jeweils den

gleichen Betrag an Signalverzögerung bewirken und spaltenweise in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingänge der ersten Reihe (12al, 12bl, . . . 12nl) diese Verzögerungsschaltungen jeweils einzeln mit den zugeordneten Phasenschieberausgängen verbunden sind ;

- n. m Mischer (3al, 3a2, . . . 3am. . . 3nm), deren jeweils erste Eingänge mit dem jeweils zugeordneten Wandlerausgang und deren jeweils zweite Eingänge in der ersten Reihe mit den jeweils zugeordneten Phasenschieberausgängen und in der zweiten bis m-ten Reihe mit den je

weils zugeordneten Ausgängen der Verzögerungsschaltungen verbunden sind.

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I' III HIM)

II.N MLLN · MULLLN ti I LINMLIS I LN /^~ FP/WG/F - 11 0-3

6. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltungen digital und mittels des Ausgangssignals eines mit jeder der Verzögerungsschaltungen verbundenen Taktimpulsgenerators (l3J mit veränderbarer Impulsfrequenz einstellbar sind, der den Betrag der Verzögerung bestimmt.

7. Anordnung nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung des durch jeden der Phasenschieber verursachten Phasen schiebe be tr ag.

8. Anordnung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet , daß die Wandler in einer Ebene angeordnet sind.

9- Anordnung nach Anspruch 8 gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (SWl, SW 21. . . SW2n) zur Umschaltung der Verbindungen zwischen den Phasenschiebern und der ersten Reihe der Mischer und der Verzögerungsschaltungen auf die letzte Reihe der Mischer und Verzögerungsschaltungen sowie zur spaltenweisen Umkehr der jeweiligen Verbindungen zwischen den spaltenweise in Serie geschalteten Verzögerungsschaltungen, sojdaß nach der Umschaltung der Ausgang einer jeden Verzögerungsschaltung mit dem Eingang der unmittelbar darüber angeordneten Verzögerungsschaltung der/gleichen Spalte verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 4 oder einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 9 mit Rückbeziehung auf Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Festlegung dee Phasenverschiebebetrags einen Abwärtszähler (24).dessen Auegang auf den Steuereingang des Phasenschiebers (4) geschaltet iet, einen den Zählimpulseingang des Abwärtszählers (24) beaufschlagenden Impulsgenerator (22) sowie eine numerische Eingabeeinheit (26) umfaßt, an der ein Vorgabezählwert für den Rückwärtszähler voreinstellbar ist.

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