DE2716755C3

DE2716755C3 - Anordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers zur Richtungsorientierung auf einen Empfangsstrahl

Info

Publication number: DE2716755C3
Application number: DE2716755A
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Takarazuka Minohara; Akira Ashiya Sugiyama
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1980-09-25
Also published as: NO145116B; GB1566199A; DE2716755B2; DE2716755A1; NO145116C; US4117487A; NO771295L; CA1089060A

Description

die Gruppe (4) von VeT änderbar en Phasenschiebern η Phasenschieber (4a, 4b,... 4n) enthält;

3eschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Orientierung auf einen über mehrere Impulsecho-Empfängerwandler aufgefangenen Empfangsstrahl.

Wird eine Mehrzahl von Ultraschall-Empfängerwandlern mit festem gegenseitigen Abstand auf einer geraden Montagelinie angeordnet und gleichzeitig abgefragt, 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 θ 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 aufgefangene Echosignal ist also relativ zum vorhergehenden um

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einen Betrag verzögert, der dem Winkel θ entspricht Soll für diesen Speziellen Auftreffwinkel ein Spitzenwert-Ausgangssignal erzielt werden, so wird eine Verzögerungsleitung erforderlich, um eine kompensierende Phasenverschiebung zu ermöglichen, so daß alle Komponenten des Ausgangssignals 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 Zeitverzögerungsgliedern (im Gegensatz zur Verwendung von rotierenden Wandlern bei Sonareinrichtungen älterer Bauart) lassen sich Echosignale von Targets erfassen, die in bestimmten Sektoren des Überwachungsfelds liegen und auf dem Schirm einer Kathodenstahlröhre anzeigen.

Um die Steuerung beziehungsweise Überwachung auf die Winkeirichtung des Empfangsstrahis zu erreichen, wird jedem Wandler ein Phasenschieber zugeordnet, der eine Mehrzahl von Verzögerungsstufen onthält, die aus Induktivitäten und Kapazität zusammengesetzt 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 Empfangsstrahls. Um diese Dämpfungsverluste zu kompensieren, ist eine komplizierte und teuere 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 Empfangsstrahl abgefragt werden soll. Außerdem werden Umschalteinrichtungen benötigt, um die Anzahl der Stufen richtig auszuwählen, die erforderlich sind, um eine Verzögerungszeit einzustellen, die einem bestimmten Auftreffwinkel des Empfangsstrahls entspricht.

Die bekannten, im Prinzip vorteilhaften Anordnungen mit feststehenden Empfängerwandlern sind daher bis heute relativ 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 Phasenschieberstufen mit zahlreichen Verzögerungsgliedern eingerichtet werden müssen, um eine gewünschte Genauigkeit bei der Verarbeitung des Empfangssignals gewährleisten zu können= eo

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur Überwachung beziehungsweise Einstellung auf den gewünschten Empfangsstrahl eines Echosignal-Empfangssystem so zu verbessern, daß sich ein wesentlich einfacherer Schaltungsaufbau und eine 6J leichtere Einstellung bei besserer Genauigkeit der Gesämtanordnuhg 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 Empfangssignals die Verwendung eines Überlagerungsumsetzers (nachfolgend allgemein als »Modulator« bezeichnet) vor, dessen zwei Eingänge zum einen mit einem zugeordneten Empfängerwandler und zum anderen mit einem nachfolgend als »lokaler Oszillator« bezeichneten Empfängeroszillator verbunden sind, dessen Ausgangssignale phaseneinstellbar sind, im Gegensatz zur Verwendung eines Phasenschiebers mit einer Vilezahl von Verzögerungsstufen. 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 Ausgangs',, nalen eines vielstufigen, veränderbaren Phasenschiebers erreicht, der durch den 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 Taktimpulsgeneraior gespeist werden, dessen Pulsfrequenz einstellbar ist, wodurch sich eine stufenweise zunehmende Verzögerung spaltenv. eise einstellen läßt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Sonar- oder Radar-EchoeniDiangssystem eine Mehrzahl von in einer Linie nebeneinander auf feststehendem gegenseitigen Abstand angeordneten Wandlern, 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 anqes<-!'.lossen ist, um die jeweiligen Empfangssignale mit den phasenverschobenen Ausgangssignalen vom Phasenschieber zu mischen, eine Einrichtung zur gemeinsamen Verknüpfung aller Ausgangssignale des Mischers sowie ein Tiefpaßfilter (oder ein Hochpaßfilter) welches lediglich die Differenzfrequenzkomponenten (oder die Sammenfrequenzkomponenten) der beiden den Mischern zugeführten Frequenzen durchläßt.

Bei einer anderen vorteilhaften Aüsführungsform der Erfindung läßt sich das Winkelansprechverhalten für eine zweidimensional Anordnung von Empfängerwandlern in einer oder in beiden zueinander senkrechten Richtungen überwachen, so daß eine vollständige Einstellung und Überwachung auf maximalen Empfangsstrahl 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 zeigt

Fig. 1 das schematische Blockschaltbild einer mit einer Anordnung von Empfängerwandlern Verbundenen Verarbeitungsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 das schematische Blockschaltbild einer solchen Verarbeitungsschaltung gemäß einer Zweiten Äusführungsform der Erfindung;

F i g. 3 das schematische Blockschaltbild einer solchen Schaltungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig.4 das Blockschaltbild der Steuereinheit 4 zur Phasenwinkelüberwachung gemäß den Ausführungsformen nach den F i g. 1,2 und 3.

Bei Her Aiisfühningifnrm nach Pt a 1 15t pjnp Orijnnp

von Empfängerwandlern la, ib.. An 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, \b... In sind Verstärker 2a, 2b ... 2/7 nachgeschaltet, deren jeweilige Ausgänge mit den Eingängen jeweils zugeordneter Mischer 5a, Sb... 5/7 verbunden sind. Die jeweils anderen Eingänge der Mischer 5a, 5b ... 5/7 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 ... 5/7 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 Ausgangssignale des Phasenschiebers 4 entsprechen. Ein lokaler Oszillator 3 gibt eine Festfrequenz f₂ ab; sein Ausgang ist auf den Eingang des Phasenschiebers 4 geschaltet. Der Phasenschieber 4 umfaßt mehrere Phasenschieberelemente 4a. 4b ... 4/7, deren Ausgangsklemmen — wie bereits erwähnt — mit einem jeweils zugeordneten Mischer verbunden sind. Das Phasenschieberelement 4a verschiebt das Ausgangssignal des lokalen Oszillators um einen Winkelbetrag Qu; das Element Ab verschiebt das Ausgangssignal um 2 Q₂₃; ähnlich verschieben die Elemente 4c.... 4/7 das Signal um 3Q₂₃ ... η Q₂₁. Das Tiefpaßfilter 6 läßt lediglich die Differenzfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Mischer 5a,5b...5ndurch,und ähnlich ließe das Hochpaßfilter 7 nur die Summenfrequenzkomponenten passieren.

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

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

/] = A COS (ω f+ B\₃),

worin mit A die Signalamplitude bezeichnet ist und ω die Kreisfrequenz 2 πί\, sowie Q\_a den Phasenwinkel bezeichnen.

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

Das Ausgangssignal h des lokalen Oszillators 3 entspricht der Beziehung

worin mit Bdie Amplitude und mit Ω die Kreisfrequenz 2 ir/2 bezeichnet sind.

Die Phase des Ausgangssignals /₂ wird durch das Phasenschieberelement Aa um einen Winkelbeträg Q_2a verschoben; mithin ergibt sich ein Ausgangssignal /3 wie folgt:

Das Empfangssignal i\ wird mit dem phasenverschobenert Signal /3 im Mischer 5a kombiniert und und es ergibt sich ein Ausgangssignal /4 entsprechend folgender Beziehun":

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

it = AB cos (mi + (j_la) cos(üt + θ_2α)
= ' '₂ AB cos ((<-. - ü)t + (θ_1α - Θ_2α)\ + ¹I₂AB-

Der erste Term auf der rechten Seite entspricht der Differenzfrequenzkomponente de·- beiden dem Mischer 5a zugeführten Frequenzen, während der zweite Term die Summenfrequenzkomponente angibt. Die Phasenkomponente im ersten und zweiten Term schließt den Phasenwinkel Q₂₃ ein, der aufgrund des Phasenschieberelements 4a auftritt Die Phase des Ausgangssignals vom Mischer 5a, das heißt (Q\₃—Q₂₃, 0ia+02a) ist bestimmt durch den Winkelwert 02a-

In gleicher Weise ergibt sich das Ausgangssignal /5 von Phasenschieberelement Ab wie folgt:

h = Bcos(üt+2Q₂₃).

Mit dem Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3, der um den Winkelbetrag 2 Q₂₃ verschoben wird und durch Kombination mit dem Empfangssignal i\ im Mischer 5b ergibt sich als Ausgangssignal /6 wie folgt:

I₆ = AB cos [mt + G_ia) cos (Ut + 2 Θ_2α) = ^ll₂ABcos\(<»-U)t + (Θ_1α-2Θ_2α)) + ¹I₂AB ■
cos!(«> + ß)f + (Θ_1α + 2Θ_2α)}.

Die Differenzfrequenzkomponente des Ausgangssignals /6 enthält den Phasenterm (Qu-2 Q₂₃); in analoger Weise enthält die Differenzfrequenzkomponente des Ausgangssignals vom Mischer 5/7 den Phasenterm (©la- Π Q₂₃).

Ersichtlicherweise vergrößern sich die Phasenwerte der jeweiligen Ausgangssignale der Mischer 5a, 5b... 5n in den Termen der jeweiligen Differenzfrequenzkomponente relativ zur jeweüs vorangehenden Komponente um den Betrag 0₂a. 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 Q\ (entsprechend der Phasendifferenz 82a) relativ zur Senkrechten auf die Linie der Wandler auftritt Der Empfangsstrahl läßt sich also in jeder beliebigen, linksseitigen Richtung orientieren, wenn der Wert für 02a mittels des Phasenschiebers 4

entsprechend verändert wird_t was schematisch durch einen Eingang 4' von einer Phasenwinkelsteuerung angegeben ist. Nur in Richtung des so gebildeten Erhpfangssfrahl orientierte Empfangssignale können das Tiepäßfilter 6 passieren und werden durch ein nicht gezeigtes Ausgangssignalanzeigegerät angezeigt

In pijrzipiell gleicher Weise erfolgt die Ausbildung eines Empfangsstrahls in Richtung des gestrichelten Pfeils 5, wenn die Summenfrequenzkomponenten der Ausgangssignale der Mischer 5a, 5b ... 5n miteinander jo kombiniert und über das Hochpaßfilter 7 geschaltet werden, da die Phasen der Summenfrequenzkomponenten der jeweiligen Mischerausgangssignale sich relativ zum jeweils vorhergehenden Ausgangssignal um den Winkelbetrag O₂₃ erhöhen. Der »Summenfrequenz«- Empfangsstrahl läßt sich ebenfalls über einen Sektor oder Quadranten durch entsprechende Steuerung des

L ΙΐαθΙ»ΙΙ31.1!ΙΙ.ΙΊ.Ι Ο -T VLIdklinblinvu.

Ersichtlicherweise sind die Richtungen der durch die Pfeile R und 5 angedeuteten Empfangsstrahlen symmetrisch relativ zur Senkrechten auf die Linie der Wandler für eine gegebene Einstellung des Phasenschiebers 4.

Dementsprechend läßt sich jeder der durch die Pfeile R und 5 angegebenen Empfangsstrahlen erhalten, wenn jeweils eines der Filter also das Tiefpaßfilter 6 oder das Hochpaßfilter 7 eingeschaltet werden und beide Empfangsstrahlen lassen sich gleichzeitig einstellen, wenn beide Filter gleichzeitig eingeschaltet werden oder ei: Verzweigungsfilter verwendet wird.

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

Weiterhin kann der Phasenschieber 4 k-Bit-Schieberegister umfassen, so daß 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 Phasenschiebers 4 liefert

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 kann die Phasenwinkel-Steuereinheit 4' 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 Ausgangssignal des Abwärtszählers 24 gelangt außerdem auf den Eingang des Schieberegisters 4.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist ein Eingang jedes der Mischer [3ai, 36_If ... 3n{], [3a₂,3fc,... 3/72], · - - [3am, 3bm,... 3nm] jeweils mit einem Wandler in einer ebenen, horizontalen und zweidimensionalen Anordnung von Empfängerwandlern verbunden, die nach m Reihen und π Spalten geordnet sind, nämlich die Wandler[2S₁,2O₁,...2n{\,[2a₂,2O₂,...Zn₂],- - -[2am, 26m, ... 2nm] (nicht gezeigt). Die jeweiligen Ausgänge der Mischer sind alle gemeinsam auf den Eingang eines Filters 6 und/oder 7 (nicht gezeigt), entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 geschaltet. Die anderen Eingänge der Mischer in der ersten Reihe [3ai, 36|,... 3/7i] sind jeweils zugeordnet mit den Ausgängen der Phasenschiebefelemerile 4a, 46,... An des Phasenschie^ bers 4 Verbunden, dessen Eingang mit dem lokalen Oszillator 3 verbunden ist. Die anderen Eingänge der Mischer in der zweiten Reihe [3a₂,3bi,. ,. 3/7₂] sind mit den jeweils zugeordneten Ausgängen der Phasenschieberelemente 4a, Ab ... An über Verzögerungsglieder

[12ai, \2b\ 12/ii] verbunden. In ähnlicher Weise sind

die anderen Eingänge der Mischer in der dritten Reihe [3a), 36i,... 3/7)] mit jeweils zugeordneten der Ausgänge des Phasenschiebers 4 über Verzögerungsglieder [12ai,

126 12/)i] und [12a₂, 12O₂, ... 12n₂] verbunden.

Während die anderen Eingänge der Mischer in der m-ten Reihe den jeweiligen Ausgängen des Phasenschiebers 4

über die Verzögerungsglieder [12ai, 126 12/7i],[12a₂,

\2b_t, ... \2n_t] ... [i2sm~i, i2bm-i. ... i2nir,-i] 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 Taktimpulsgenerators 13 verbunden sind, der eine Impulsfolge mit einer Frequenz Λ abgibt, die sich steuerbar verändern läßt Die Verzögerungsglieder in der ersten Reihe [12a,, 126,, ... 12/7|] verzögern die Ausgangssignale der jeweils zugeordneten Phasenschieberelemente um einen Betrag q. Die Verzögerungsglieder in der zweiten Reihe [12a₂,1262,... 12/J₂] 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 Ausgangssignale der Verzögerungsglieder in der (m-l)-ten Reihe [12am-l, 126m-1,... 12/7/77-1] um den Gesamtbetrag (m-i)q relativ zum Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3 verzögert. Zwischen jedem Verzögerungsglied und Mischer sind (nicht gezeigte) Filter vorgesehen, um die Ausgangsimpulse des jeweiligen Verzögerungsglieds in ein Sinus-Signal umzusetzen, das auf den jeweils zugeordneten Mischereingang gelangt

Wird zur Erläuterung der Betriebsweise angenommen, daß die jeweiligen Phasenschieberelemente Aa-An und die Verzögerungsglieder 12 alle so eingestellt sind, daß sich eine Verzögerungszeit Null für die Ausgangssignale sowohl des lokalen Oszillators 3 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 Verzögerungsglieder so eingestellt bleiben, daß sie für die jeweiligen Ausgangssignale der Phasenschieberelemente 4a, 46,... 4/7 eine Verzögerungszeit Null ergibt und werden letztere Elemente so angesteuert, daß die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3 um S₂₃, 2 O₂₃,... π θ₂₂ verzögert werden, so daß die Mischer in der ersten Spalte 3ai, 3a₂, ... 3am mit Signalen beaufschlagt werden, die um θ₂₃ relativ zum Ausgangssignal des lokalen Oszillators verzögert sind, die Mischer in der zweiten Spalte mit Signalen beaufschlagt werden, die um 2 62a verzögert sind und schließlich die Mischer in der fl-ten Spalte 3n_u 3ni, ... 3nm mit Signalen beaufschlagt werden, die um π θ^ verzögert sind, so wird ein Empfangsstrahl gebildet beziehungsweise auf einen Empfangsstrahl eingestellt, der eine Orientierung

öder Neigung von 02 in Reihen-Richtung der Empfängeranordnung aufweist (entsprechend einer Phasenverschiebung von θία), und zwar relativ zur Senkrechten auf die Empfängeranordnung. 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 Phäserischieberelemente 4a, 4b, ... An so eingestellt, daß die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3 ohne Zeitverzögerung hindurchgehen, so werden die Mischer [3ai, 36 3n{\ in der ersten

Reihe direkt durch die Ausgangssignale des lokalen Oszillators 3, die Mischer [Sa* 3bi, ... 3bm] 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, ihm, ... 3nm] in der /n-ten Reihe mit Signalen beaufschlagt, die um einen Betrag (m-\)q verzögert sind und es ergibt sich ein Empfangsstrahl, dessen Orientierung in Spaltenrichtung einem der Verzögerungszeit q entsprechenden Schwenkwinkel O₃ relativ zur Senkrechten auf die ebene Wandleranordnung entspricht Ersichtlicherweise wird sich auch in dieser Richtung der Empfangsstrahl über einen vollständigen Sektor oder Quadranten innerhalb eines Winkelbereichs von 0 bis 90° durch entsprechende Erhöhung der Frequenzen des Taktimpulsgenerators 13 verschwenken. Durch Kombination dieser Verschwenkmöglichkeit in Spaltenrichtung mit jener in Reihen-Richtung läßt sich die Empfangsstrahl-Ansprechrichtung auf jede gewünschte Richtung sowohl im Azimut- als auch im Erhebungswinkel innerhlab eines vorgegebenen, zweidimensionalen Quadranten unter der Wandleranordnung orientieren.

Werden weiterhin die Ausgänge der Phasenschieberelemente 4a, Ab, ... An 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 *>tir tT&rtncrfiimcrt* A Kn/or.^Jliincy A(*r QnV»aItnr»rrcwi»rKirt.

düngen 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 Empfangsstrahl läßt sich also in jeder gewünschten Richtung, sowohl im Azimut als auch in der Erhebung durch geeignete Auswahl der Stellung der Wandleranordnung, die Verwendung 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 F i g. 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 SWi verbindbar. Steht der Schalter SWl, wie dargestellt so, daß das Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3 auf den fechten Eingang des Schieberegisters 4 gelangt, so wird das Schieberegister ersichtlicherweise von rechts nach links durchlaufen. Umgekehrt durchläuft das Ausgangssignal des lokalen Oszillators 3 das Schieberegister 4 von links nach rechts, wenn der Schalter SWi nach links umgelegt wird. Das Schieberegister 4 wird durch die von der Phasenwinkel-Steuereinheit 4' gelieferten Impulse betätigt
Stehen die in F i g. 3 eingezeichneten Schalter SW21, SW22, ... SW2n in der eingezeichneten Stellung, so gelangen die Ausgangssignale der Phasenschieberelemente 4a, 4b, ... An des Phasenschiebers 4 auf die Eingänge der jeweils zugeordneten Mischer 3βι, 3£>i, 3/Ji und die Verzögerungsglieder 12ai', \2b\ ... 12ni'. Die Ausgangssignale der jeweiligen Phasenschieberelemente werden von oben nach unten übertragen. Werdei. andererseits die Schalter SW2\, SW22,... SW2n nach rechts umgelegt, so gelangen die Ausgangssignale der Fhasenschiebereieinenie des Phasenschiebers 4 auf die Eingänge der jetzt jeweils zugeordneten Mischer 3am, 36m, ... 3nm und die Verzögerungsglieder 12am-l', 126m-Γ, ... i2nm-V. Die Ausgangssignale der jeweiligen Phasenschieberelemente werden jetzt von Unten nach oben übertragen. Die übrigen Verbindungen zwischen den Mischern und den Verzögerungsgliedern, zwischen den Mischern und dem Taktimpulsgenerator 13 usw. entsprechen unverändert jenen der zweiten Ausführungsform nach F i g. 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 SWi und der Schalter SW2i,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 sind (F i g. 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 . ufgefange-

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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 Empfangsstrahls zu erreichen, ohne die Empfangssignale durch die Verarbeitungsschaltung zu schwächen oder zu verformen, und zwar wesentlich bedingt durch die Verwendung von Modulatoren, die mit den Empfangssignalen und den Ausgangssignalen eines lokalen Oszillators beaufschlagt werden und Signale erzeugen, die zwei Frequenzkomponenten enthalten, deren Phasen um einen Betrag verschoben sind der bestimmbar ist und 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 Verzögerungsgliedern erreichen, die in einem Koordinaten-Gitter angeordnet und durch einen Taktimpulsgenerator mit variabler Frequenz steuerbar sind.

Hierzu 4 Blatt zeichnungen

Claims

irr/DO Patentansprüche:

1. Anordnung eines elektronisch abfragbaren Impulsecho-Empfängers zur richtungsabhängigen Einstellung und Orientierung auf seinen durch mindestens zwei auf festen Abstand voneinander 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 Empfängeroszillator (3);

— eine Gruppe von veränderbaren Phasenschiebern (4a, 4b,... 4n), deren Anzahl mit der Anzahl der Empfängerwandler (la, Ιό,... in)übereinstimmt, zur fortlaufenden stufenweisen Verschiebung der Phase des Ausgangssigrials des Empfängerozillators;

— eine Mehrzahl von Mischern (5a,5b,... 5/7;3ai, 3a2.. η 3a_m ..., 3n_m) zur Modulation der jeweiligen durch die Empfängerwandler erzeugten Empfangssignale (it) mit dem durch den jeweiligen Phasenschieber (4a,4b...4n)erzeugten Ausgangssigna! (h ■ ■ ·);

— eine Schaltung zur additivtn Verknüpfung der Ausgangssignale (7₃...) der Mischer (5a, 5b... 5n-,3a\, 3a2,...3n_m)\md

— eine Einrichtung (6 oder 7) zur Auswahl mindestens einer Seitenbandfrequenz des Verknüpfungssignals der Mischer (5a, 5b,... 5n).

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

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

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

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Festlegung des Phasenverschiebebetrags einen Abwärtszähler (24), dessen Ausgang auf den Steuereingang des Phasenschiebers (4) geschaltet ist, einen den Zählimpulseingang des Abwärtszählers (24) beaufschlagenden Impulsgenerator (22) sowie eine numerische Eingabeeinheit (26) umfaßt, an der ein Vorgabezählwert für den Abwärtszähler voreinstellbar ist.

6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur zweidimensionalen richtungsabhän- (,0 gigen Einstellung und Richtungsorientierung auf einen als Impulsecho auftretenden Empfangsstrahl, bei der eine Mehrzahl von in m Reihen und η Spalten angeordneten lmpulsecho^Empfängefwandler vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

— n(m-l) veränderbare, in m-1 Reihen und η Spalten angeordnete Verzögerungsschaltungen (12a 1,12a 2,... \2am-1... \2nm-1) vorhanden sind, die jeweils den gleichen Betrag an Signalverzögerung bewirken und spaltenweise in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingänge der ersten Reihe (12a 1, 1261, ... 12/71) dieser Verzögerungsschaltungen jeweils einzeln mit den zugeordneten Phasenschieberausgängen verbunden sind;

— π · m Mischer (3a 1, 3a2, ... 3am ... 3nm) vorgesehens sind, 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 /n-ten Reihe mit den jeweils zugeordneten Ausgängen der Verzogerungsschaltungen verbunden sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögeningsschaltungen digital und mittels des Ausgangssignals eines mit jeder der Verzögerungsschaltungen verbundenen Taktimpulsgenerators (13) mit veränderbarer Impulsfrequenz einstellbar sind, der den Betrag der Verzögerung bestimmt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung des durch jeden der Phasenschieber verursachten Phasenschiebebetrags.

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

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (SW\, SW21 ... SW_2n) zur Umschaltung der Verbindungen zwischen den Phasenschiebern und der ersten Reihe der Mischer und der Verzogerungsschaltungen auf die letzte Reihe der Mischer und Verz^serungsschaltungen sowie zur spaltenweisen Umkehr der jeweiligen Verbindungen zwischen den spaltenweise in Serie geschalteten Verzogerungsschaltungen, so daß nach der Umschaltung der Ausgang einer jeden Verzögerungsschaltung der gleichen Spalte verbunden ist.