DE2753615C2 - Elektromagnetisches oder akustisches Wandlerfeld mit einer Einrichtung zur Bildung mindestens eines Empfangsrichtstrahles - Google Patents

Description

nen, die zur Bildung jedes Ausgangsdatensignals für jeden Strahl erforderlich sind, da für jede Richtung, in der ein Empfangsrichtstrahl gebildet werden soll, eine Folge von Abtastungen erforderlich ist. Probleme ergeben sich bei der Durchführung dieser arithmetischen Operationen, da die Zeit, die während der Berechnung eines Ausgangssignals verstreicht, von einer Zeitspanne, die kurzer ist als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen, bis zu einer Zeitspanne variiert, die langer ist als viele derartige Abtastintervalle. Diese Änderung hängt — wie erwähnt — von den verschiedenen Richtungen ab, in denen sich die Strahlung relativ zu dem Wandlerfeld ausbreitet. Bei den in Sonarsystemen mit sehr hoher Richtwirkung verwendeten großen Wancilerfeldern und den vergleichsweise hohen Datenfrequenzen moderner Sonarsysteme verlangen die erforderlichen Rechenvorgänge zur Ausrichtung von Strahlen in einer Vielzahl von Richtungen und zur Datenentnahme Rechenanlagen, die sowohl mit Bezug auf ihre räumlichen Abmessungen ais auch mit Bezug auf das zu ihrer Wartung und Bedienung erforderliche Personal, insbesondere zur Anwendung auf kleinen Schiffen, zu umfangreich sind.

Zusätzliche Probleme entstehen bei der Synchronisierung der abgetasteten Wandlersignale mit den erwähnten Rechenvorgängen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Wandlerfeld mit dem Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 so auszugestalten, daß mit vergleichsweise niedrigem Speicheraufwand ein von Nebenzipfeln im wesentlichen freier Empfangsrichtstrahi mit hoher Frequenz der Abtastprobennahme von den Wandlern gebildet werden kann, wenn die Ausbreitungsdauer einer Wellenfront über das Wandlerfeld hinweg wesentlich größer als das Abtast-Taktintervall der Abtastprobennahme ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Während bei dem Wandlerfeld der eingangs erwähnten bekannten Art die Permuation der Speicherplatzadressen dazu dient, aus einem vollbesetzten Speicher die Abtastproben entsprechend dem Fortschritt der Richtung des Empfangsrichtstrahles zeitrichtig nacheinander zu entnehmen und miteinander zu kombinieren, dient die Adressenpermuation bei einem Wandlerfeld der vorliegend angegebenen Art zur fortschreitenden Bildung von Teil-Kombinationsergebnissen, weiche dann mit weiteren Ahtastproben von den Wandlern kombiniert werden, um ein Ausgangssignal zu bilden, so daß während der Ausbreitungsdauer einer Wellenfront über das Wandlerfeld hin die Kombination der Abtastsignale und der Teil-Kombinationsergebnisse mehrfach durchgeführt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in stilisierter Darstellung die Ansicht eines Schiffes mit den Komponenten eines Sonarsystems gemäß der Erfindung, wobei der Schiffskörper zur besseren Darstellung des am Rumpf montierteii Wandlerfeldes teilweise aufgeschnitten ist,

F i g. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Sonarsystems gemäß F i g. I und stellt die arithmetische Einheit und den Speicher einer Recheneinheit dar,

Fig.? ein Blockschaltbild eines Sonarsystems gemäß Fig. 1; hierin sind Elemente der Recheneinheit und ein Adressengenerator dargestellt Letzterer besitzt Mittel zur Permutierung der an den Speicher der Recheneinheit angelegten Adressen,

Fig.4 ein Zeitdiagramm, das die Werte von Teilsummen von Abtast-Eingangssignalen wiedergibt, die in dem Speicher gemäß F i g. 3 abgespeichert sind

in und dort zum Auszug von Abtast-Ausgangssignalen aus einem Strahl bereitgehalten werden, der auf das Wandlerfeld gemäß F i g. 1 auftrifft Die Figur beinhaltet ferner ein Diagramm, das die Einfallsrichtung einer auf einen Teil der Wandlerelemente des Wandlerfeldes auftreffenden Wellenfront angibt

Fig.5 ein weiteres Zeitdiagramm der Teilsummen gemäß Fig.4 und gibt die Speicherinhalte während aufeinanderfolgender Ausgangs-Abtastintervalle wieder,

2i! Fig. 6 einen Teil des Wandle:. üldes gemäß Fig. 1 sowie drei diesem überlagerte Diagramme, in denen die Einfallszeiten dreier getrennter Wellenfronten auf die verschiedenen Wandlerelemente für jede der drei getrennten Ausbreitungsrichtungen dargestellt sind, F i £. 7 ein Zeitdiagramm, das die Speicherinhalte von Speicherplätzen des Speichers gemäß Fig. 3 für gleichzeitig stattfindende Teilsummierungen wiedergibt die zur Bildung von Abtast-Ai'sgangssignalen eines Strahls verwendet werden, der in Ausbreitungsrichtung

jo der ersten Welle von Fig.6 gerichtet ist. Die Adressenpermutierung wird dabei durch das Vorrücken einer Teilsumme zum nächsten Speicherplatz am Ende eines Ausgangs-Abtastintervalls verdeutlicht, Fig.8 ein der Darstellung in Fig.7 ähnliches weiteres Zeitdiagramm, das zusätzlich die Speicherinhalte weiterer Speicherplätze des Speichers beinhaltet, die zur Bildung von Abtast-Ausgangssignalen von Strahlen dienen, welche längs der Ausbreitungswege der in Fig. 6 dargestellten zweiten und dritten Weüenfront ausgerichtet sind,

Kig.9 ein Zeitdiagramm einer iterativen Folge der von einem Addierer, einem Multiplizierer und einem programmierbaren Zahlengenerator gemäß Fig. 3 durchgeführten arithmetischen Operationen, wobei eine Speicherteiladresse für die Kombination von Wandlersignalen vor der Permutierung der Speicheradressen angegeben ist,

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Abtasteinrichtung gemäß F i g. I bis 3 und

so Fig. 11 eine Variante der in Fig. 10 dargestellten Abtasteinrichtung.

In Fig. 1 ist ein mit einem Sonarsystem 32 pusgjtiattetes Schiff 30 dargestellt. Das Sonarsystem 32 beinhaltet ein Wandlerfeld 34 mit Wandlerelemsnten 36, die im einzelnen durch die Buchstaben A bis F gekennzeichnet sind, ferner eine Abtasteinrichtung 38, die in gestrichelten Linien gezeichnet ist, um anzudeuten, daß sie sich im Rumpfinneren des Schiffes 30 befindet. Die Abtasteinrichtung 38 ist über eine Leitung

eo 40 mit dem Wandlerfeld 34 verbunden. Das Sonarsystem 32 umfaßt ferner eine Recheneinheit 42, die über eine Leitung 44 mit der Abtasteinrichtung 38 verbunden ist, einen Adressengenerator 46, der über Leitungen 48 und 50 mit der Abtasteinrichtung 38 bzw. der Recheneinheit 42 verbunden ist, eine Datenverarbeitungseinheit 52, die über Leitungen 54 und 56 mit der Recheneinheit 42 bzw. dem Adressengeneralor 46 verbunden ist, sowie eine Anzeieevorrichtune 58. die

durch ein Fenster der Schiffskabine teilweise sichtbar ist und über die Leitung 60 mit der Datenverarbeitungseinheit 52 in Verbindung steht.

Das Wandlerfeld 34 kann irgendeine der üblichen Formgestaltungen haben, beispielsweise als gerade Zeile oder als zwei sich kreuzende gerade Zeilen ausgebildet sein oder — wie in der Zeichnung dargestellt — in Form einer Ellipse, deren größere Achse parallel zum Kiel des Schiffes 30 liegt. Die elliptische Gestalt des Wandlerfeldes 34 eignet sich gut zur Erläuterung der Erfindung, sie liefert ferner eine gute azimutale Abdeckung und bewirkt, daß das Meerwasser hinter dem Schiff und einem (nicht dargestellten) Gehäuse des Wandlerfeldes 34 in im wesentlichen laminaren Stromlinien fließt. Zur Demonstration des zeitlich aufeinanderfolgenden Auftreffens einer Wellenfront auf die Wandlerelemente des einen längs der Achse 64 gerichteten Strahl zu gewinnen, müssen daher Abtast-Eingangssignale über eine Zeitspanne gesammeil werden, die drei Abtastintervalien entspricht.

Über ein etwa IV₂ m langes akustisches Wandlerfe'd z. B. das in Meerwasser eintaucht, breitet sich eine akustische Welle in einer Millisekunde aus. Wenn angenommen wird, daß das Sonarsystem Daten mit einer Rate von 4 kHz liefern soll, beträgt die Nyquist-Abtastfolgefrequenz 8 kHz. Dementsprechend benötigt die Datenverarbeitungseinrichtung 52 Abtast-Ausgangssignale mit einer etwas über der Nyquist-Abtastfolgefrequenz liegenden Rate von etwa 10 kHz. Das Verhältnis zwischen der Ausgangssignal-Abtastrate von 10 kHz und der für die Ausbreitung der Wellenfront 66 über das Wandlerfeld 34 benötigten Zeit von 1 Millisekunde ergibt, daß 10 Abtast-Ausgangssignale geliefert

Wandierfeides 34 wurden die sechs Wariuiereiemenie A werden, während die V/cücnfront 66 das \Vand!crfc!d 34

bis F ausgewählt, da sich die Gesamtzeit für die Ausbreitung einer Wellenfront entlang der sechs ;;iit Buchstaben gekennzeichneten Wandlerelemente 36 in Abhängigkeit von der Richtung der einfallenden Welle ändert.

In F i g. 2 ist das Blockschaltbild des Sonarsystems 32 von Fig. I dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen Teil des Wandlerfeldes 34, der fünf der Wandlerelemente 36

— nämlich die mit den Buchstaben A bis Ebezeichneten

— beinhaltet. Die Zeichnung zeigt ferner die Abtasteinrichtung 38, die Recheneinheit 42, den Adressengenerator 46, die Datenverarbeitungseinheit 52 und die Anzeigevorrichtung58 von Fig. 1. Dem Wandlerfeld34 überlagert ist ein Zeitdiagramm 62 mit einer Achse 64 zur Bestimmung der Zeitintervalle, die in die Richtung weist, in der sich die Wellenfront 66 über das Wandlerfeld 34 ausbreitet. Die Leitung 40 besitzt eine Vielzahl vor; Adern 68, über welche Si⁰HaIe von den Wandlerelementen 36 zu der Abtasteinrichtung 38 geführt werden. Auch die Leitung 54 ist vieladrig dargestellt, um schematisch die Übertragung der Abtast-Ausgangssignale der Strahldaten von der Recheneinheit 42 zu der Datenverarbeitungseinheit 52 anzudeuten. In dieser sind die Abtast-Ausgangssigrwile als Marken 72, 73 und 74 und als Marken 72A 73Λ und 74/4 dargestellt, die auf einem Diagramm 76 erscheinen. Die Recheneinheit 42 beinhaltet eine arithmetische Einheit 78 und einen Speicher 80 mit Speicherplätzen 82 für die Speicherung von Teilsummen von Abtast-Eingangssignalen der Wandlersignale zur Bildung der erwähnten Abtast-Ausgangssignale.

Im folgenden sei das Diagramm 62 erläutert. Es ist erkennbar, daß die Wellenfront 66 zuerst das Wandlerelement B, sodann das Wandlerelement A und anschließend die Wandlerelemente C. D und Fin dieser Reihenfolge erreicht. Strichlierte Linien 84 zeigen zeitlich aufeinanderfolgende Lagen der Wellenfront 66. Ihr gegenseitiger Abstand längs der Achse 64 entspricht der Zeitdauer des Abtastintervalls der Abtast-Ausgangssignale. Die vertikale Achse 86 kennzeichnet den Beginn des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls im Zeitpunkt Null. Die Zahlen an der Achse 64 kennzeichnen jeweils das Ende aufeinanderfolgender Ausgangssignal-Abtastintervalle. Man erkennt, daß während des ersten Intervalls die Wandlerelemente B. A und C die Weüenfront 66 aufnehmen, daß das Wandlerelement D die Wellenfront 66 erst während des zweiten Intervalls und das Wandlerelement £sie erst während des dritten Intervalls empfängt. Um aus den Signalen der Wandlerelemente A bis £ein Abtast-Ausgangssignal für passiert. Das Diagramm 62 zeigt nur den Teil des Wandlerfeldes 34 mit den Wandlerelementen A bis £ Dieser Bereich wird während nur dreier Abtastintervalle überlaufen.

Aus den Diagrammen 76 in der Datenverarbeitungseinheit 52 und den Marken 72,73 und 74, die drei jeweils am Ende dreier aufeinanderfolgender Intervalle erscheinende Abtast-Ausgangssignale repräsentieren, erkennt man, d?,;i drei getrennte arithmetische Operationen gleichzeitig stattfinden müssen, um die drei Abtast-Ausgangssignale zu erzeugen. Während des ersten Intervalls von Diagramm 62 wird ein von dem Wandlerelement B geliefertes der einfallenden Wellenfront 66 entsprechendes Signal mit einem Signal des Wandlerelements A und die Summe dieser beiden Signale mit einem Signal des Wandlerelements C kombiniert. Während des folgenden Intervalls wird die Summe dieser drei Signale nut einem Signa! des Wandlerelements D und während des nächsten Intervalls die Summe der vier Signale mit dem Signal des Wandlerelements £ kombiniert. Es ist offensichtlich, daß während des zweiten Intervalls, in dem die drei ersten Signale zur Gewinnung der Teilsumme eines Abtast-Ausgangssignals mit dem Signal des Wandlerelements D kombiniert werden, ein Kombinationsvorgang für eine Teilsumme des nächsten Abtast-Ausgangssignals bereits begonnen hat — nämlich die Kombination der Signale, die während des zweiten Intervalls von den Wandlerelementen A, Bund Cgeliefert werden.

Aus dem vorangehenden ergibt sich, daß die Recheneinheit 42 die gleichzeitige Kombination von Abtast-Eingangssignalen der Wandlersignale durchführen muß, um mit Hilfe des Speichers 80 mit den individuellen Speicherplätzen 82 Abtast-Ausgangssignale zu erzeugen. Während eines individuellen Ausgangssignal-Abtastintervalls wird ein Speicherplatz 82 für die Teilsumme eines der Abtast-Ausgangssignale und ein zweiter Speicherplatz 82 für ein zweites Abtast-Ausgangssignal verwendet, während ein dritter Speicherplatz 82 für das dritte der gleichzeitig errechneten Abtast-Ausgangssignale dienL Wie weiter unten näher erläutert wird, werden die Adressen der Speicherplätze 82 am Ende jedes Abtastintervalls von einem Speicherplatz zum nächsten geschoben, so daß die arithmetische Einheit 78 das nächste Wandlersignal zu dem Augenblickswert einer Teilsumme addieren kann.

In dem Diagramm 76 ist die Marke 72 über eine Leitungsader 70 mit einem ersten Speicherplatz 82 verbunden. Die hierin enthaltene Teilsumme erscheint nacheinander in dem ersten, zweiten und dritten

Speicherplatz 82. In ähnlicher Weise sind die Marken 73 und 74 mit dem zweiten bzw. dritten Speicherplatz 82 verbunden. Die Teilsummen in dem letzteren werden während des dritten Abtastintervalls vollendet. Das Diagramm 76 zeigt, daß die Marke 72 früher auftritt als die Marke 73, die ihrerseits früher auftritt als die Marke 74. Df erste Speicherplatz 82 behält die Teilsumme der Signale der Wandlerelemente A, B, Cund Dsolange, bis das Signal des Wandlerelements £ hinzuaddiert wird. In diesem Zeitpunkt ist das von der Marke 72 repräsentierte Datensignal verfügbar.

Gleichzeitig speichert der zweite Speicherplatz 82 die Teilsummen der Signale der Wandlerelemente A, B und C, die mit dem Signal des Wandlerelements D kombiniert werden müssen, und der dritte Speicherplatz 82 dient zur Summierung der Signale der Wandlerelemente A. B und C. Auf diese Weise wird das von der Marke 73 repräsentierte Datensignal aus der zweiten Teilsumme um ein Abtastintervall später verfügbar als das Datensignal der Marke 72, während das Datensignal der Marke 74 zwei Abtastsignale nach dem Datensignal der Marke 72 verfügbar ist.

Wenn das von der Marke 72 repräsentierte Abtast-Ausgangssignal vorliegt, beginnt wieder die erste der Teilsummierungen, durch welche die Teilsumme der Signale der Wandlerelemente A, B und C gebildet wird. So liefern drei getrennte Folgen von Summierungen der Abtast-Eingangssignale alle Abtast-Ausgangssignale. Die vierte Marke des Diagramms 76, die mit dem Bezugszeichen 72/4 versehen ist, wird ebenso wie bei der Bildung des Datensignals der Marke 72 durch Summenbildung im ersten Speicherplatz erzeugt. In ähnlicher Weise verwenden die Marken 73/4 und 74Λ die Summenbildungen des zweiten bzw. dritten Speicherplatzes, wie die Marken 73 bzw. 74. Wenn während des Vorbeiwanderns der Wellenfront 66 des Strahls an atm gesamten Wandierfeid 34 eine Zeit von vier Abtastintervallen verstreicht, werden offensichtlich gleichzeitig vier Summierungsfolgen für die Erzeugung der Abtast-Ausgangssignale dieses speziellen Strahls verwendet. Dies wird anhand der folgenden Figur noch näher erläutert. Anhand dieser Figur wird auch die Arbeitsweise der arithmetischen Einheit 78 erläutert, die in Abhängigkeit von Signalen des Adressengenerators 46 iterativ arbeitet, wobei die iterativen arithmetischen Operationen periodisch mit jedem Abtastintervall wiederholt werden. Dies steht im Gegensatz zu der Arbeitsweise des Speichers 80, der nach dem Beispiel in Fig.2 die Gruppe von Teilsummen liefert, wobei jede Summenbildung mit einer Periodizität wiederholt wird, die drei Abtastintervallen entspricht.

In Fig.3 erkennt man das Wandlerfeld 34, die Abtasteinrichtung 38, den Adressengenerator 46, die Recheneinheit 42, die Datenverarbeitungseinheit 52 und die Anzeigevorrichtung 58, die bereits in F i g. 1 und 2 dargestellt waren. Die Abtasteinrichtung 38, die weiter unten ausführlich anhand von Fig. 10 erläutert wird, umfaßt zwei Speicher 88 und 90, die mit einem von einer Kippschaltung 94 gesteuerten Wählschalter 92 verbunden sind, durch den sie abwechselnd an eine Eingangsschaltung bzw. die Leitung 44 angeschlossen werden.

Die Recheneinheit 42 umfaßt die arithmetische Einheit 78 sowie die Speichereinrichtung 80. Die arithmetische Einheit 78 umfaßt einen Multiplizierer 96 und einen Addierer 98, während die Speichereinrichtung 80 einen Speicher 100, einen Schalter 102 und einen Pufferspeicher 104 umfaßt Der Pufferspeicher 104 umfaßt einen Speicher 88, einen Speicher 90 sowie einen von einer Kippschaltung 94 gesteuerten Schalter 92. Die Arbeitsweise dieser Komponenten wurde oben für die Abtasteinrichtung 38 erläutert. Der Adressengenerator 46 umfaßt einen Taktgeber 106, einen Zähler 108, einen Generator 110, einen Detektor 112, einen Addierer 114 und einen Zähler 116. Der Taktgeber 106 liefert über eine in die Leitung 48 einzweigende Leitung Zeitsignale für die Abtasteinrichtung 38. Er lieferte ferner

ίο Zeitimpulse an den Zähler 108, der diese Impulse modulo-Λ/ zählt. Der Zählausgang des Zählers 108 erscheint auf der Leitung 56 und wird der Datenverarbeitungseinheit 52 sowie dem Generator 110 und dem Detektor 112 zugeführt. Die Zahl N entspricht der Anzahl der arithmetischen Operationen, die — wie anhand von Fig. 2 beschrieben — während eines einzigen Abtastintervalls von der Recheneinheit 42 durchzuführen sind. Der Generator 110. der einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff enthalten kann, liefert auf der Leitung 118 eine Zahl, die genügend Ziffern für folgende Informationen enthält:

1. Adressierung eines Abtast-Eingangssignals eines Wandlersignals in den Speichern 88 und 90 der Abtasteinrichtung 38,

2. Lieferung eines Multiplikationsfaktor an den Multiplizierer % zur Gewichtung der individuellen Wandlerabtastsignale vor ihrer Summierung zum Zwecke der Beeinflussung des Strahlungsdiagramms eines Strahls und

3. Adressierung eines Speicherplatzes 82 im Speicher 100.

Die Leitung 118 fachen sich auf in Leitungen 121,122 und 123, über die die Ziffern der von dem Generator 110 gelieferten Zahlen der Abtasteinrichtung 38, dem Multiplizierer 96 und dem Addierer 114 zugeführt werden. Der Ausgang des Addierers 114 auf Leitung 125 liefert die Speicheradressen für den Speicher 100.

Der Detektor 112 ermittelt die Ziffern der Zahl Nund liefert in Abhängigkeit hiervon einen Impuls auf der Leitung 126.

Dieser Impuls auf der Leitung 126 tritt während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls einmal auf, da der Zähler 108 modulo-N zählt. Der Impuls auf Leitung 126 wird der Klemme Tder Abtasteinrichtung 38 sowie der Klemme Γ des Pufferspeichers 104 zugeführt, er dient zur Betätigung der Kippschaltung 94, welche die Schalter 92 umschalten. Die Impulse auf Leitung 126 werden ferner dem Zähler 116 zugeführt, die sie moculo-jVi zählt, wobei M die Anzahl der Speicherplätze im Speicher 100 darstellt. Der Ausgang des Zählers 116 auf Leitung 128 erreicht aufeinanderfolgend Wert von Null bis (M-1). Die auf Leitung 128 erscheinende Zahl dient zum Verschieben der Speicheradressen des Speichers 100, wie dies weiter unten näher erläutert wird. Die auf Leitung 128 erscheinende Zahl sowie die Zahl, die auf Leitung 123 erscheint, werden mit Hilfe des Addierers 114 modulo-M zusammenaddiert und liefern damit die vollständige Speicheradresse für die Speicherplätze im Speicher 100 an die Leitung 125. Die von dem Addierer 114 gelieferte Digitalzahl besitzt Werte von 1 bis M.
F i g. 4 zeigt ein Zeitdiagramm 130 des Speichers 100, das die in jedem der drei Speicherplätze 82 abgespeicherten Teilsummen wiedergibt, wobei die Speicherplätze durch die vertikalen Spalten repräsentiert werden. Zusätzlich zum Zeitdiagramm 130 ist auch das

Diagramm 62 von F i g. 2 dargestellt, das eine sich über die Wandlerelemente A in einer Richtung parallel zur Zeitachse 64 ausbreitende Wellenfront 66 zeigt. Dies ist die Richtung des Empfangsstrahls, für den die im Speicher 100 enthaltenen Daten im Zeitdiagramm 130 wiedergegeben sind. Die Wellenfront 66 trifft zuerst auf das Wandlerelenisnt B. Eine von dem Wandlerelement B gelieferte Signalprobe, d. h. ein Abtastsignal, das der einfallenden Wellenfront 66 entspricht, wird in einem kurz hinter f = 0 liegenden Zeitpunkt in dem Speicherplatz abgespeichert, der für die »gegenwärtige« Teilsumme dient. Man erkennt aus dem Zeitdiagramm 130, daß die etwa zum Zeitpunkt t = 0,3 ms geschieht. Der Speicherplatz, der zur Speicherung der »gegenwärtigen« Teilsumme dient, wird im folgenden auch als »Gegenwartsspeicher« bezeichnet. Entsprechend werden Speicherplätze zur Abspeicherung vorangehend und früher auftretender Teilsiirnmep. als »vorangehender Speicher« bzw. »früherer Speicher« bezeichnet. In dem Zeitdiagramm 130 ist der Buchstabe B in die zweite Zeile des Gegenwartsspeichers eingesetzt. Diese Zeile ist durch die Zahl 0,3 auf der Zeitachse identifiziert. Diese Zahl repräsentiert die Zeit, in der das Signal auftritt. Als Einheit für die Zeitangaben dient ein Ausgangssignal-Abtastintervall. Man erkennt, daß im Zeitpunkt ί = 0 der Gegenwartsspeicher leer ist, daß also im Zeitpunkt t = 0 in ihm keine Daten gespeichert sind.

Aus dem Zeitdiagramm 130 und dem Diagramm 62 ist erkennbar, daß die Wellenfront 66 im Zeitpunkt f = 0,4 auf das Wandlerelement A auftrifft. In diesem Zeitpunkt extrahiert die arithmetische Einheit 78 die Signalprobe B aus dem Speicher 100 und summiert sie mit der Signalprobe A. (Die Buchstaben A bis F von F i g. 1 dienen auch zur Identifizierung der gewichteten Signalproben der mit den betreffender Buchstaben gekennzeichneten Wandlerelemente 36.) Die arithmetische Einheit 78 setzt die Summe B + A in den Gegenwartsspeicher. Der Speicherinhalt des Gegenwartsspeichers im Zeitpunkt ί = 0,4 ist in dem Zeitdiagramm 130 als B l· A dargestellt. Im Zeitpunkt t = 0,8 trifft die Wellenfront 66 auf das Wandlerelement C. In diesem Zeitpunkt extrahiert die arithmetische Einheit 78 die Summe B + A aus dem Gegenwartsspeicher, summiert dazu die Signalprobe C und setzt die Summe B + A + C in den Gegenwartsspeicher, wie dies im Diagramm 130 in der vorletzten Zeile angedeutet ist. Damit enthält am Ende des Ausgangssignal-Abtastintervalls der Gegenwarisspeicher, der zu Beginn leer war, die Teilsumme des Abtast-Ausgangssignals, nämlich B + A + C.

Wie vorangehend anhand der Darstellung in dem Diagramm 62 erläutert wurde, müssen — entsprechend den drei Ausgangssignal-Abtastintervallen auf der Zeitachse 64 — drei Abtast-Ausgangssignale erzeugt werden. Das »jüngste« Abtast-Ausgangssignal, das jeweils erzeugt wird, ist das vorangehend in Zusammenhang mit dem Gegenwartsspeicher von Diagramm 130 beschriebene Signal.

Das zeitlich unmittelbar vorangehende Abtast-Ausgangssignal wird mit Hilfe des »vorangehenden Speichers« in dem Diagramm 130 erzeugt, im Zeitpunkt t = 0 enthält dieser vorangehende Speicherwert B + A + C. Das bedeutet, daß die Signalproben der Wandlerelemente B, A und C bereits kombiniert sind und eine Teilsumme dieses Abtast-Ausgangssignals bilden. Wie aus dem Diagramm 62 erkennbar ist, trifft die Wellenfront 66 im Zeitpunkt t = 1,6 in bezug auf die Zeitachse 64 bzw. ' = 0,6 in bezug auf den Beginn des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls auf das Wandlerelement D.

Im Zeitdiagramm 130 erstreckt sich die Zeit über nur ein Intervall der Zeitachse 64. Dieses Intervall entspricht für den Gegenwartsspeicher, den vorangehenden bzw. den früheren Speicher dem ersten, zweiten bzw. dritten Intervall. Diese Beziehung kann auch als eine Verschiebung der Zeitachse 64 um jeweils ein

ίο Intervall für jeden der Speicherplätze im Zeitdiagramm 130 aufgefaßt werden. Auf diese Weise kann das Diagramm 130 die während eines einzigen Ausgangssignal-Abtastintervalls gleichzeitig auftretenden Operationen jedes Speicherplatzes wiedergeben. So zeigt das Diagramm 130, daß anschließend an die Kombination der Wandler-Signalproben B + A und vor der Summenbildung B + A + C der Wandler-Signalproben im Zeitpunkt ί = 0,7 eine Summierung der Signalprobe D mit der Teilsumme B + A + C stattfindet. Diese Teilsumme wurde dem vorangehenden Speicher 82 der Speichereinrichtung 100 entnommen und mit Hilfe der arithmetischen Einheit 78 mit der Signalprobe D kombiniert. Anschließend wird die Teilsumme B + A + C + D in denselben Speicherplatz gegeben, der zuvor die Teilsumme B + A + C enthielt. Man erkennt aus den Diagrammen 130 und 62 ferner, daß vor der Bildung der Teilsumme B + A + C + D in dem vorangehenden Speicher jedoch nach der Bildung der Teilsumme B + A im Gegenwartspeicher im Zeitpunkt / = 0,5 in dem »früheren Speicher« eine Operation stattfindet, bei der die Teilsumme B + A + C + D aus dem früheren Speicher entnommen und mit der Signalprobe E kombiniert wird. Hierdurch wird die Bildung eines vollständigen Abtast-Ausgangssignals vollendet, das anschließend über den Schalter 102 (F i g. 3) zu dem Pufferspeicher 104 übertragen wird, wobei der frühere Speicher gelöscht wird.

Fig.5 zeigt ein Zeitdiagramm 132 zusammen mit dem Diagramm 62. Das Zeitdiagramm 132 stellt eine Fortsetzung des Diagramms 130 von Fig.4 dar und zeigt die Bestandteile der drei Teilsummen jeweils am Beginn von vier aufeinanderfolgenden Ausgangssignal-Abtastintervallen längs der Zeitachse 64. Die zur Speicherung der Teilsummen jeweils verwendeten Speicherplätze 82 (F i g. 3) werden, wie oben angedeutet, mit jedem Ausgangssignal-Abtastintervall permutiert, d. h. vertauscht, (was allerdings aus dem Diagramm 132 nicht hervorgeht). Die Permutierung wird weiter unten anhand von F i g. 7 näher erläutert. Im Zeitpunkt t = 0, der der oberen Zeile des Diagramms 132 entspricht, sind in den einzelnen Speicherplätzen dieselben Daten gespeichert wie bei der oberen Zeile von Diagramm 130. In ähnlicher Weise zeigt die zweite Zeile des Diagramms 132, die dem Zeitpunkt f = 1 entspricht, dieselben gespeicherten Daten an, wie die letzte Zeile des Diagramms 130. Die dritte Zeile des Diagramms 132 läßt erkennen, daß eine Signalprobe des Wandlersignals D zu der Teilsumme im Gegenwartsspeicher hinzuaddiert wurde, während die dem Zeit- punkt ί = 3 entsprechende letzte Zeile erkennen läßt, daß die Teilsumme B + A + C + D im Gegenwartsspeicher mit einer Signalprobe £ kombiniert wurde und damit ein vollständiges Abtast-Ausgangssignal gebildet wurde, durch dessen Entnahme der Speicherplatz gelöscht wird. Bezüglich der in dem »vorangehender. Speicher« gespeicherten Teilsummen erkennt man, daß der betreffende Speicherolatz im Zeitpunkt ί = 2 durch die Kombination einer Signalprobe E mit der Teilsum-

me B + A + C + D gelöscht wurde. Da dieser Speicherplatz im Zeitpunkt t = 2 leer ist, steht er für eine Wiederverwendung bei der Erzeugung eines nachfolgenden Abtast-Ausgangssignals zur Verfügung. In der letzten Zeile des Diagramms 132. die dem Zeitpunkt t = 3 entspricht, erkennt man, daß an diesem Speicherplatz schon wieder eine Teilsumme eingespeichert ist, die den Anfang eines Abtast-Ausgangssignals bildet. Dies ist durch die dort eingetragene Teilsumme B + A + Cangedeutet.

Im Zeitpunkt / = 1 wurde in entsprechender Weise der »frühere Speicher« gelöscht. Der entsprechende Speicherplatz wird anschließend für die Erzeugung eines späterer Abtast-Ausgangssignals verwendet, was durch die Teilsumme B + A + Cangedeutet ist, die in der dem Zeilpunkt r=2 entsprechende Zeile des Zeitdiagramms eingetragen ist. In dem der letzten Zeile entsprechenden Zeitpunkt enthält der frühere Speicher die Teilsumme B + A + C + D des entsprechenden Abtast-Aus^angssignals.

Aus Fig.4 und 5 ist erkennbar, daß sowohl in dem Gegenwartsspeicher als auch in dem vorangehenden Speicher als auch in dem früheren Speicher während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls eine Signalprobe jedes Wandlersignals zu irgendeiner Teilsumme hinzuaddiert wird. So wird beispielsweise im Zeitpunkt / = 0,3 die Signalprobe B in einem dieser drei Speicher, d. h. in dem entsprechenden Speicherplatz 82 des Speichers 100 eingegeben. Während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls wird im Zeitpunkt t = 0,4 die Teilsumme B + A in irgendeinen dieser Speicherplätze des Speichers 100 eingegeben. Ähnliches gilt auch für die anderen in dem Diagramm 130 dargestellten Operationen. Hier wird eine besondere Eigenschaft des Systems gemäß der Erfindung erkennbar, daß nämlich die Operationen der arithmetischen Einheit 78 für jeden Strahl auf eine Vieizahi von Speicherplätzen 82 des Speichers 100 aufgeteilt werden und daß die arithmetische Einheit 78 ferner iterativ wirksam wird, wobei die Iteration während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls einmal stattfindet.

In Fig. 6 sind drei Diagramme 134, 135 und 136 dargestellt, die den Wandlern A bis Fdes Wandlerfeldes 34 von Fig. 1 überlagert sind. Drei Wellen breiten sich entlang der Zeitachsen der betreffenden Diagramme 134 bis 136 aus. Die erste Welle besitzt die in F i g. 2 bereits dargestellte Wellenfront 66 und breitet sich längs der Zeitachse des Diagramms 134 aus. Die zweite Welle besitzt die Wellenfront 138 und breitet sich längs der Zeitachse des Diagramms 135 aus. Die dritte Welle schließlich besitzt die Wellenfront 140 und breitet sich längs der Zeitachse des Diagramms 136 aus. Die Ausbreitungsrichtung der Wellenfront 66 relativ zum Wandlerfeld 34 entspricht der Darstellung in Fig. 2, d. h. sie breitet sich von dem Wandlerelement B bis zu dem Wandlerelement F während einer Zeitspanne aus, die vier Ausgangssignal-Abtastintervallen entspricht. Die Wellenfront 138 breitet sich von dem Wandlerelement Abis zum Wandlerelement Fin einer Zeitspanne aus, die drei Ausgangssignal-Abtastintervallen entspricht. Die Wellenfront 140 schließlich breitet sich von dem Wandlerelement C zu dem Wandlerelement F wahrend einer Zeitspanne aus, die über zwei Ausgangssignal-Abtastintervalle reicht Im folgenden sei eine der vorangehend anhand von Fig.4 und 5 gegebenen Darstellung des Speichers 100 analoge Darstellung für die drei in Fig.6 dargestellten Wellen anhand der Zeitdiagramme gemäß F i g. 7 und 8 gegeben:

Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm für die in den Speicherplätzen 82 des Speichers 100 von Fig. 3 abgespeicherten Daten. Bei dem tatsächlichen Ausführungsbeispiei der Erfindung besitzt der Speicher 100 wesentlich mehr Speicherplätze als es der Zahl der Ausgangssignal-Abtastintervalle entspricht, die während eines vollständigen Durchgangs der Wellenfront entlang der längsten Erstreckung des Wandlerfeldes 34 in Fig. 1 erzeugt werden. Fig. 7 zeigt zehn derartiger ίο Speicherplätze, die wieder durch vertikale Spalten repräsentiert sind.

In dem mit 4 bezeichneten Speicherplatz befindet sich beispielsweise während des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls die Teilsumme B + A + C. Diese entspricht in F i g. 2 der zweiten Zeile des Gegenwartssp?ichers. Während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls erscheint in Speicherplatz 4 die Teilsumme B + A + C + D, was in F i g. 5 der dritten Zeile des Gegenwartsspeichers entspricht. Dies stimmt mit der oben anhand von F i g. 2 gegebenen Darstellung überein, woraus erkennbar wurde, daß die arithmetische Einheit 78 eine Teilsumme aus einem Speicherplatz des Speichers 80 herauszieht und mit der nächsten Signalprobe des von der Wellenfront erreichten Wandlers kombiniert, wobei die neue Teilsumme anschließend in diesen Speicherplatz eingespeichert wird. Die römischen Zahlen in F i g. 7 und 8 kennzeichnen den ersten, zweiten bzw. dritten Strahl, zu denen die Summierungen jeweils gehören. Diese Strahlen entsprechen der ersten, zweiten bzw. dritten Wellenfront gemäß F i g. 6.

Im Speicherplatz 4 von Fig. 7 wird während des dritten Ausgangssignal-Abtastintervalls das Abtast-Eingangssignal von Wandlerelemeni E mit der vorange-Senden Teilsumme B + A + C + D kombiniert. Während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls wird die Teilsumme B + A + C+D+ £aus dem Speicher 100 ausgezogen und mit dem Abtastsignal des vom Wandler F gelieferten Wandlersignals kombiniert. Auf diese Weise wird ein vollständiges Abtast-Ausgangssignal für die erste Welle von Fig.6 erzeugt. Dieses vervollständigte Abtast-Ausgangsdatensignal w^;rd dann über den Schalter 102 (Fig.3) dem Pufferspeicher 104 zugeführt, wodurch der vierte Speicherplatz 82 des Speichers 100 gelöscht wird. Dieses Löschen findet während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls statt, wie dies aus F i g. 7 erkennbar ist.

Die im Speicherplatz 5 von F i g. 7 während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls gespeicherten so Daten sind mit den Daten identisch, die während des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls im Speicherplatz 4 abgespeichert waren. Ebenso entsprechen die während des dritten Ausgangssignal-Abtastintervalls im Speicherplatz 5 gespeicherten Daten den während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls im Speicherplatz 4 enthaltenen Daten. Diese Beziehung setzt sich während der folgenden Intervalle fort. Man erkennt, daß die im Speicherplatz 6 gespeicherten Daten gegenüber den Daten in Speicherplatz 4 um zwei Ausgangssignal-Abtastintervalle verschoben sind. Die im Speicherplatz 7 gespeicherten Daten sind gegenüber den Daten im Speicherplatz 4 um drei Ausgangssignal-Abtastintervalle verschoben. Auch diese Beziehung setzt sich während der folgenden Intervalle fort, wobei die Daten des ersten Speicherplatzes gegenüber denen des zehnten Speicherplatzes um ein Ausgangssignal-Abtastintervali verschoben sind.

Drei einander benachbarte Srjeichernlätze in Fi a 7

können leicht mit den drei benachbarten Spalten des Diagramms 132 in Fig.5 verglichen werden. Man betrachte beispielsweise die Speicherplätze 5, 6 und 7 von F i g. 7 und vergleiche sie jeweils mit den Teilsummen im früheren, im vorangehenden bzw. im Gegenwartsspeicher von F i g. 5. Während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls sind im Speicherplatz 5 von F i g. 7 die Daten B + A + C+D+E gespeichert. Die Teilsumme im früheren Speicher in der zweiten Zeiie von Fig.5 zeigt ebenfalls, daß die Signalprobe von dem Wandlerelement E zu der Teilsumme B + A + C + D addiert wurde. Während desselben vierten Intervalls befinden sich im Speicherplatz 6 von Fig. 7 die Daten B + A + C + D. Dies stimmt überein mit der in der zweiten Zeile von F i g. 5 für den vcangehenden Speicher eingesetzten Teilsumme. Im Speicherplatz 7 von F i g. 7 zeigt sich während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls das Datensignal B + A + C. das mit der Teilsumme übereinstimmt, die in Fig.5 in der zweiten Zeile für den Gegenwartsspeicher eingesetzt ist Die zwischen den benachbarten Teilsummen von Fig.5 bestehende zeitliche Beziehung stimmt also mit der zeitlichen Beziehung der in den benachbarten Speicherplätzen von F i g. 7 gespeicherten Teilsummen überein, mit dem Unterschied, daß in F i g. 7 die Bildung eines Strahls dargestellt ist, für den die Wandlerelemente A bis F vtrwendet werden, während die Darstellung in F i g. 5 insofern vereinfacht ist, als dort für die Strahlbildung nur die Wandler A bis E herangezogen werden. In der Kopfzeile des in F i g. 7 dargestellten Zeitdiagramms sind die Begriffe »früher« und »später« eingetragen. Die früher stattfindenden Ereignisse sind weiter links, die später stattfindenden Ereignisse weiter rechts dargestellt. Dies entspricht den Positionen der drei Spalten von F i g. 5, in der sich die »früheren« Teilsummen links und die »gegenwärtigen« Teilsummen rechts befinden. In Fig.8 sind die Daten des in Fig.7 dargestellten Zeitdiagramms noch einmal gezeigt. Die weiteren in Fig.8 dargestellten Daten beziehen sich auf die Teilsummenbildungen für die zweite und dritte Welle von Fig.6. Zunächst sei auf Speicherplatz 7 Bezug genommen: Die Wellenfront 138 von Fig.6 trifft während des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls zunächst auf das Wandlerelement B, sodann auf die Wandlerelemente C A und D in dieser Reihenfolge auf, die Summierung der Signalprober. von diesen Wandlerelementen befindet sich daher in der ersten Zeile des Speicherplatzes 7 als Summe B + C + A + D. Während des zweiten und dritten Ausgangssignal-Abtastintervalls trifft die Wellenfront 180 auf das Wandlerelement Zf bzw. das Wandlerelement F. Dementsprechend zeigt das Zeitdiagramm in F i g. 8 in den dem zweiten und dritten Ausgangssignal-Abtastintervall entsprechenden Zeilen für Speicherplatz 7 die Addition der Signalprobe von Wandlerelement E zu der obigen Teilsumme, der anschließend die Addition der Signalprobe von Wandlerelement F sowie das Löschen des siebten Speicherplatzes folgt. Die WeMenfron! 140 von F i g. 6 trifft während des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls auf die Wandlerelemente C, D, B und F in dieser Reihefolge. Die entsprechende Teilsumme befindet sich in der ersten Zeile für Speicherplatz 9. Während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls folgen die Sägnalproben der Wandlerelemente A und F. Während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls ist im Speicherplatz 9 die Teilsumme C+D+B+E+A gespeichert. Diese Teilsumme wird während des Hinzuaddierens der Signalprobe von Wandlerelement F aus Speicherplatz 9 herausgenommen, so daß dieser anschließend wieder gelöscht ist.
Die in Speicherplatz 7 von Fig.8 gespeicherten Daten, die sich auf die Teilsummenbildungen für die zweite Welle von F i g. 6 beziehen, beinhalten Signalproben der gleichen Gruppe von Wandlerelementen wie die Daten im Speicherplatz 6 mit der Ausnahme, daß die entsprechenden im Speicherplatz 7 gespeicherten Daten erst während des nächsten Ausgangssignal-Abtastintervalls eintreffen. Ähnliches gilt für die entsprechenden Daten im Speicherplatz 8 und den folgenden Speicherplätzen, in denen die Daten in aufeinanderfolgenden späteren Ausgangssignal-Abtast-Intervallen eintreffen. Die für die Teilsummenbildungen der dritten Welle von Fig.6 gespeicherten Daten erscheinen nach ihrem Auftreten im achten Speicherplatz während der folgenden Ausgangssignal-Abtastintervalle in Speicherplatz 9, 10, 1 und so weiter. Die Pfeile 133 deuten an, daß entsprechende Daten während aufeinanderfolgender Ausgangssignal-Abtastintervalle in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen erscheinen. Während des ersten Ausgangssignal-Abtastintervalls ist Speicherplatz to leer. Er bildet beispielsweise einen Sonderspeicherplatz für den Fall, daß die Richtung des zweiten oder dritten Strahls in eine Richtung verschoben werden soll, die einen weiteren Speicherplatz benötigt Dieser Sonderspeicherbereich des Speichers 100 breitet sich in dem in Fig.8 dargestellten Zeitdiagramm ebenfalls in Richtung der Pfeile 133 aus und erscheint dementsprechend während des zweiten Ausgangssignal-Abtastintervalls im ersten Speicherplatz. Es ist typisch, daß ein Speicher wie der Speicher 100 wesentlich mehr als die in Fig.8 dargestellten Speicherplätze besitzt, damit gleichzeitig viele Strahlen in vielen Richtungen erfaßt werden können.

Im folgenden sei anhand von Fig.9 und 3 die obenerwähnte iterative Operation der arithmetischen Einheit 78 erläutert Fig.9 stellt ein Zeitdiagramm für die auf der Leitung 123 übertragenen Speicherplatzteiladressen dar. F i g. 9 unterscheidet sich von F i g. 7 und 8 dadurch, daß sie die Speicherplätze angibt, die durch die auf der Leitung 123 übertragenen Speicherplatzteiladressen bestimmt werden, während Fig. 7 und 8 die über die Leitung 125 übertragenen vollständigen Speicherplatzadressen wiedergeben. Die Speicherplatzadresse auf der Leitung 125 unterscheidet sich von der Speicherplatzteiladresse auf der Leitung 123 durch die Speicherplatzadressenverschiebung, die über die Leitung 128 übertragen wird und mit Hilfe des Addierers 1 !4 zur Speichcrplatzteiladresse addiert wird. F i g. 9 ist also gerichtet auf den Unterschied zwischen den auf der Leitung 123 übertragenen Speicherplatzteiladressen und den Speicherplatzadressen auf Leitung 125, die anhand von F i g. 7 und 8 beschrieben wurden.

Es sei beispielsweise angenommen, daß auf der Leitung 128 die Zahl 3 erscheint. Somit unterscheidet sich die Speicheradresse auf der Leitung 125 von der Speicherplatzteiladresse auf der Leitung 123 dadurch, daß die Zahl 3 modulo-M hinzuaddiert ist. Die in den ersten vier Spalten von Fig.9 eingetragenen Daten entsprechen also den während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls erscheinende Daten der Speicherplätze 4,5,6 und 7 von F i g. 7 und 8. Die Entsprechung zwischen F i g. 8 und 9 wird erkennbar, indem man das vierte Ausgangssignal-Abtastintervall und den vierten Speicherplatz von F i g. 8 vergleicht mit der Speichertciiadresse der ersten Spalte von F i g. 9 und irgendeinem

der Ausgangssignal-Abtastintervalle, wobei jedes dieser Intervalle bezüglich der Teilsummenbildungen identische Instruktionen liefert Es ist dargestellt daß die gewichtete Signalprobe des Wandlerelements F mit dem vorangehenden Wert der Teilsumme

B + A + C+ D + E

kombiniert wird, der zuvor in dem vierien Speicherplatz von F i g. 8 gespeichert war. In ähnlicher Weise zeigt der fünfte Speicherplatz von Fig.8 die Summierung der Signalprobe E zu der zuvor gespeicherten Teilsumme B + A + C + D, die der Instruktion der Speicherplatzteiladresse der zweiten Spalte von F i g. S entspricht.

Anhand der erwähnten Summierung der Signalprobe F sei beispielhaft die Wirkungsweise des Generators 110, des Multiplizierers 96 und des Addierers 98 (F i g. 3) erläutert. Der Adressengenerator 110 gibt Instruktionen an den Addierer 98. Diese Instruktionen dienen zur Erzeugung des gewichteten Wertes der Signalprobe von Wandlereiemeni F und zur Summierung dieses gewichteten Wertes zu dem in dem genannten Speicherplatz 82 bereits vorhandenen Wert. Durch das Auftreten des Adressensignals auf Leitung 125 (F i g. 3) wird der Speicherinhalt dieses Speicherplatzes 82 aus dem Speicher 100 über die Leitung 146 zu dem Addierer 98 übertragen. So erhält der Adressengenerator 110 durch die über die Leitungen 121 übertragenen Digitalzahlen das Abtast-Eingangssignal aus dem Wandlersignal des Wandlerelements F, das in dem Augenblick erzeugt wurde, in dem die Wellenfront 66 auf diese auftraf. Der Adressengenerator 110 weist den Multiplizierer 96 an, dieses Abtastsignal mit dem Gewichtungsfaktor auf Leitung 122 zu multiplizieren, wodurch das mit dem Buchstaben F bezeichnete gewichtete Abtastsignal erzeugt wird. Der Adressengenerator UO entnimmt dem Speicher 100 über die Leitung 146 den vorangehenden Wert der in dem genannten Speicherplatz 82 gespeicherten Teilsumme und weist den Addierer 98 an, diese Teilsumme mit dem Abtastsignal F zu kombinieren, wodurch ein vervollständigtes Abtast-Ausgangssignal für die erste Welle von Fig.6 erzeugt wird. Außerdem überträgt der Adressengenerator 110 ein 1-bit-Signal über die Leitung 122, das als Löschauftrag dient. Es läuft durch die arithmetische Einheit 78 hindurch, ohne an den arithmetischen Operationen teilzunehmen und betätigt den Schalter 102. Aufgrund dieses Löschauftrags verbindet der Schalter 102 das vervollständigte Abtast-Ausgangssignal mit dem Pufferspeicher 104, so daß der erwähnte Speicherplatz 82 des Speichers 100 gelöscht ist. Nach Beendigung des Löschauftrags-Signals kehrt der Schalter 102 in die in F i g. 3 dargestellte Position zurück, so daß die folgenden von der arithmetischen Einheit 78 erzeugten Teilsummenbildungen in die betreffenden Speicherplätze 82 des Speichers 100 gelangen.

Zur Adressierung der Speicher 88 und 90 des Pufferspeichers 100 kann die von dem Adressengenerator 110 gelieferte Zahl auf Leitung 118 zusätzliche Ziffern enthalten, mittels derer der Pufferspeicher 104 die Speicher 88 und 90 adressiert. Alternativ können die in den Pufferspeicher 104 gelangenden Daten an seriell angeordneten Speicherstellen gespeichert werden, deren Reihenfolge der Datenverarbeitungseinheit 52 durch den Zählwert auf Leitung 56 verfügbar gemacht wird. Hierdurch ordnet die Datenverarbeitungseinheit 52 jeder gespeicherten Zahl eine spezifische Signalprobe eines spezifischen Strahls zu. Dies ermöglicht die Filterung und Korrelation von den einzelnen Strahlen entsprechenden Signalen. Eine BezugsgröSe für die Korrelation liefert ein Wellengenerator über Leitung 145.

Die einzigen Instruktionen, die der Adressengenerator 110 zur Kombinierung der Signalprobe F mit der zuvor gespeicherten Teilsumme liefern muß, sind die Auswahl des spezifischen Abtast-Eirigangssignals über die Leitung 146, der Gewichtsfaktor und der Löschauftrag auf Leitung 122 sowie die Speicherplatzteiladresse auf Leitung 123. Diese Signale auf den Leitungen 121 bis 123 ändern sich mit den einzelnen Abtast-Ausgangssignalen nicht Dies ist aus F i g. 9 erkennbar, in der die während des fünften Ausgangssignal-Abtastintervalls in der ersten Spalte der Speicherplatzteiladresse eingetragene Instruktion »addiere F« die gleiche ist v^die, die zuvor für die entsprechende Position im vierten Ausgangssignal-Abtastintervall in Fig.8 beschrieben wurde. Wenn die von dem Addierer 114 erzeugten

2ü Adressenpermutationen fehlen, werden — wie Fig.9 zeigt — die Abtastsignale F einfach zusammenaddiert, unabhängig davon, welche Daten während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls in dem obengenannten Speicherplatz 82 eingespeichert wurden. Wie erwähnt wurde dieser Speicherplatz nach der Summierung des Signals F im vierten Ausgangssignal-Abtastintervall gelöscht, so daß das Signal F — wie aus Fig.9 zu erkennen ist — offensichtlich mit der Teilsumme Null kombiniert und ein Abtast-Ausgangssignal entstehen würde, das ausschließlich aus dem Abtast-Eingangssignal F besteht. Da der Addierer 14 jedoch die auf Leitung 128 übertragene Speicherplatzadressenverschiebung zu der Speicherplatzteiladresse von Leitung 123 hinzuaddiert, ist dies nicht der Fall. Bei der obigen Erörterung des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls von F i g. 9 wurde vorausgesetzt, daß auf Leitung 128 die Zahl 3 anliegt. Wie anhand von F i g. 3 erläutert wurde, wird die auf Leitung 128 erscheinende Zahl durch Abzählen bei jedem der aufeinanderfolgenden Ausgangssignal-Abtastimpulse um »1« erhöht, so daß bei dem fünften Ausgangssignal-Abtastintervall die Zahl 4 auf Leitung 128 erscheint. Dies hat zur Folge, daß die Daten des fünften Speicherplatzes — das ist die Teilsumme B+A + C+D+E — anstelle des Wertes »Null« von Speicherplatz 4 mit dem Abtastsignal Fkombiniert werden.

Ähnlich wie bei dem vorangehend beschriebenen Beispie! wird während des vierten Ausgangssignal-Abtastintervalls zu der im fünften Speicherplatz enthaltenen '''eilsumme das Abtastsignal E hinzuaddiert. Die Instruktion für diese Summenbildung erscheint in der zweiten Spalte von F i g. 9. Die resultierende Teilsumme wird später während des fünften Ausgangssignal-Abtastintervalls aus dem fünften Speicherplatz entnommen und mit dem Abtastsignal F kombiniert. Man erkennt daraus, daß — obwohl die von dem Adressengenerator 110 auf die Leitungen 121 bis 123 gegebenen Instruktionen während des vierten und fünften Ausgangssignal-Abtastintervalls dieselben sind — die jeweils von dem Addierer 98 durchgeführten arithmetischen Operationen unterschiedlich sind. Das Umschalten der Addition der Abtastsignale vom vierten auf den fünften Speicherplatz des Speichers 100 zwischen dem vierten und fünften Ausgangssignal-Abtastintervall erfolgt unabhängig von dem Adressengenerator 110. Auf diese Weise kann während des Ausgangssignal-Abtastintervalls ein iterativer Arbeitszyklus des Adressengenerators 110 und der arithmetischen Einheit 78

ablaufen, während die Arbeitsweise der verschiedenen Speicherplätze 82 des Speichers 100 mit einer sich über viele Ausgangssignal-Abtastintervalle erstreckenden Periodizität ablauf·. Der Ausdruck B + A + C in der vierten Spalte der Speicherplatzteiladressen von F i g. 9 zeigt an, daß währead eines Ausgangssignal-Abtastintervalls drei arithmetische Operationen von dem Adressengenerator 110 gesteuert wurden. Die Zeitpunkte, in denen diese Operationen stattfinden, sind in F i g. 4 in der Spalte des »Gegenwartsspeichers« erkennbar. Gemäß Fig.3, 4 und 9 überträgt also der Adressengenerator 110 Signale über die Leitungen 121 bis 123, die im Zeitpunkt f = 03 das Abtastsignale B in den Speicher 100 einführen. Im Zeitpunkt t = 0,4 liefert der Adressengenerator 110 Signale über die Leitungen 121 bis 123, die das Abtastsignal aus dem Speicher 100 entnehmen, es mit dem von der Abtasteinrichtung 38 gelieferten Abtastsignal A kombinieren und die Teilsumme B-h A in den zuvor von dem Abtastsignal B eingenommenen Speicherplatz einspeichern. Ähnliches gilt für den Zeitpunkt ί = 0,8 wenn die Teilsumme B + A aus dem Speicher 100 entnommen und durch die Teilsumme B + A + C ersetzt wird. Entsprechendes gilt auch für die Summierung des Abtastsignals D zu der vorangehend gebildeten Teilsumire.

Die Zeitpunkte, in denen die Abtast-Eingangssignale entstehen, sind auch aus dem Diagramm 134 in F i g. 6 erkennbar. So tritt das Abtastsignal F in jedem Ausgangssignal-Abtastintervall zur Zeit ί = 04 auf. Die Erzeugung der \btast-Ausgangssignale für einen in Richtung der Zeitachse des Diagramms ^^4 gerichteten Strahl erfordert also unabhängige Operationen, die während jedes Ausgangssignal-Ary-istintervalls in den Zeitpunkten t = 03, 0,4, 0,5, 0,6, 0,/ und 0,8 von dem Adressengenerator 110 angeordnet werden. Der Adressengenerator 110 und die arithmetische Einheit 78 vollführen also während eines Ausgangssignal-Abtastintervalls einen vollständigen Iterationsablauf, während die Speicherplatzverschiebung im Speicher 100 eine Periodizität von vielen Ausgangssignal-Abtastintervallen hat.

Es ist offensichtlich, daß die vorangehend beschriebenen Operationen für eine Vielzahl von Strahlen zu manchen Zeiten fast simultan stattfinden, da die Zeitpunkte, in denen die betreffenden Wellenfronten auf die einzelnen Wandlerelemente auftreffen, spezifischen Bezug auf diejenigen Zeilpunkte haben, in denen die Abtasteinheit 38 die Signalproben der Wandlersignale entnimmt. Wenn die Signalproben einmal für den Speicher 88 und 90 eingespeichert sind, finden die von dem Adressengeneraror 110 gesteuerten Operationen in zeitlicher Aufeinanderfolge statt. Aus dieser sequentiellen Arbeitsweise entstehen keine Fehler, da die Eigenwerte der Wandler-Abtastsignale in der Abtasteinheit 38 bereits gespeichert sind. Es sei nebenei bemerkt, daß die Abtastung der Wandlersignale bei dem in F i g. I dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem den Speichern 88 und 90 entsprechende Speicher in der Abtasteinheit nicht vorgesehen sind, zu den von dem Adressengenerator 110 angegebenen Zeitpunkten erfolgt, so daß in diesem Fall aus dem zeitlichen Zusammenfallen von Operationen kleine Fehler entstehen können. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels zeigt sich jedoch, daß diese Fehler vernachlässigbar kiein sind. Die geringe Größe der Fehler ergibt sich aus der im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahlen genügend großen Abtastgeschwindigkeit, wodurch bei einer Abtastverzögerung nur kleine Unterschiede bei den Abtastsignalen entstehen.

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild der Abtasteinrichtung 38 und ihrer Verbindungen zu den Wandlerelementen 36 und dem Adressengenerator 46. Diese Verbindüngen sind auch in Fig.2 und 3 angedeutet Die Abtasteinrichtung 38 umfaßt eine Vielzahl von Kanälen 147, deren jeder mit einem individuellen Exerrplar der Wandlerelemente 36 verbunden ist Jeder Kanal 147 beinhaltet einen Empfänger 148, Mischer 150, Abtast- und Halteschaltungen 152, die im folgenden kurz als S/H 152 bezeichnet werden. Analog-Digitalwandler, die im folgenden kurz als A/D 154 bezeichnet werden sowie eine im folgenden kurz als T/R 155 bezeichnete oende-Empfangsschaltung. Die Abtasteinrichtung 38 umfaßt ferner einen Multiplexer MUX156, einen Oszillator 158, einen 90^G-Phasenschieber 160, die Speicher 88 und 90, den Schalter 92 sowie die Kippschaltung 94, die bereits in F i g. 3 dargestellt sind. Einer der Mischer 150 in jedem Kanal 147 besitzt eine Reierenzeingangskiemme die mit der Eingangskiemme Φι des Oszillators 158 verbunden ist, während der Referenzeingang des zweiten Mischers 150 mit der Klemme Φ₂ des Phasenschiebers 160 verbunden ist In jedem Kanal 147 ist der Ausgang des Empfängers 148

mit jedem der Mischer 150 verbunden, der Ausgang jedes Mischers IiJO ist über eine Abtast- und Halteschaltung S/H 152 mit einem Analog-Digitalwandler A/D 154 verbunden. Jeder Empfänger 148 beinhaltet einen (nicht dargestellten) Vorverstärker und ein Bandpaßfilter zur Verstärkung der von den einzelnen Wandlerelementen 36 gelieferten Signale. Die Bandbreite der Filter ist so gewählt, daß die Signale der Wandlerelemente 36 passieren können, außerhalb des Bereichs der Wandlersignale liegende Störgeräusche jedoch gedämpft werden. Die im Ausführungsbeispiel verwendete Verbindung der Mischer 150 mit den Klemmen Φ\ und Φ₂ liefert eine phasengerechte und Quadraturabtastung der Wandlersigiude. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Anordnung so zu treffen, daß die Abtasteinrichtung gemäß Fig. 10 bzw. 3 einen Hüllkurvendetektor besitzt und daß zur weiteren Auswertung diese Hüllkurve ermittelt und abgetastet wird. Der Oszillator 158 liefert eine sinusförmige Schwingung mit einer Frequenz, die außerhalb des Durchlaßbereichs des Empfängers 148 liegt. Mit dieser Frequenz wird eine geeignete Zwischenfrequenz für die Mischer 150 erzeugt. Die Mischer 150 beinhalten ein Ausgangsfilter mittels dessen ein Seitenband des Mischvorgangs »extrahiert« wird. Die mit der Klemme Φ\ verbundenen Mischer liefern ein »in Phase liegendem« Zwischenfrequenzsignal an die Abtast- und Halteschaltungen 152, während die mit der Klemme Φ2 verbundenen Mischer ein Quadratur-Zwischenfrequenzsignal an die zugeordneten Abtast- und Halteschaltungen 152 liefern. Im Zeittakt des Taktgenerators 106 (Fig.3), der mit der Abtasteinrichtung 38 über die Leitung 48 verbunden ist, liefert jede Abtast- und Halteschaltung S/H 152 ein Abtastsignal, d. h. eine Probe des Signals, das ihm von dem ihm zugeordneten Mischer 150 zugeführt wird. Die in jeder Abtast- und Halteschaltung S/HX52 gespeicherten Abtastsignale sind analoge Signalproben. Sie werden durch die mit den Abtast- und Halteschaltungen 152 verbundenen Analog-Digitalwandler A/D 154 in Digitalzahlen umge-

b5 wandelt. Die jedem der Empfänger 148 paarweise zugeordneten Analog-Digitalwandler A/D 154 liefern digitale Zahlenpaare, die eine komplexe Zahl darstellen. Jede dieser komplexen Zahlen des jeweiligen Kanals

147 wird dem Multiplexer MUX156 zugeführt Sie repräsentiert den Abtastweit eins von dem entsprechenden Wandlerelement 36 gelieferten Signals.

Der Generator 110 (Fig.3) liefert Fiber die Leitung 162, die aus der Leitung 118 abzweigt, an den Multiplexer MUX t56 und an die beiden Speicher 88 und 90 eine digitale Zahl. Der Multiplexer 146 arbeitet — durch diese digitale Zahl gesteuert — als Wählschalter, indem er jede der von den Analog-Digitalwandlern A/D 154 gelieferten komplexen Zahlen über den Schalter 92 an einen der Speicher 88 bzw. 90 weitergibt. Wie oben anhand von Fig.3 erläutert wurde, veranlaßt das an der Klemme T liegende Kippsignal den Schalter 92, im Takt aufeinanderfolgender Ausgangssignal-Abtastintervalle zwischen den Speichern 88 und 90 umzuschaltea Man erkennt aus F i g. 10, daß die Signalproben von dem Multiplexer MUX an den Speicher 88 abgegeben werden, während gleichzeitig der Speicher 90 Abtastsignale an die Recheneinheit 42 weitergibt Während des folgenden Ausgangssignal-Abtastintervalls werden die Abtastsignile vcn dem Multiplexer MUX in den Speicher 90 übertragen, während die im Speicher 88 vorhandenen Abtastsignale an die Recheneinheit 42 weitergegeben werden. Damit kann das Auslesen der Abtastsignale aus der Abtasteinrichtung 38 in die Recheneinheit 42 mit einer Geschwindigkeit und einer Zeitfolge vonstatten gehen, die von dem Einlesen der Abtastsignale der Abtasteinrichtung 38 unabhängig ist Die Taktsignale zur Betätigung der Abtast- und Halteschaltungen 152 besitzen eine im Vergleich zu der Geschwindigkeit mit der sich die Wellenfront der Strahlungsenergie über das Wandlerfeld 34 (Fig. 1) ausbreitet hinreichend große Frequenz, so daß — unabhängig von der Richtung einer einfallenden Wellenfront — wenigstens sechs oder sieben Signalproben pro Längenwelle der einfallenden Strahlung entnommen werden. Diese Abtastfrequenz stellt sicher, daß Quantisierungsphasenfehler, die sich aus de· Kombination der Wandler-Abtastsignale ergeben, hinreichend klein sind, so daß die Abtast-Ausgangssignale für Strahlen in jeder der dem Wandlerfeld 34 zugänglichen Richtungen ein Richtungsdiagramm ergeben, das im wesentlichen von Gitterkeulen und -nullstellen frei ist. Es sei insbesondere erwähnt, daß diese Abtastfrequenz, mit welch* r jedes der Wandlerelemente 36 mit Hilfe der Abtasteinrichtung 38 abgetastet wird, wesentlich mehr Signalproben der (in den Speichern 88 und 90 abgespeicherten) Abtastsignale liefert, als für die Recheneinheit 42 zur Erzeugung der Strahlen erforderlich sind.

Die in jedem Empfengskanal 147 enthaltene Sende-Empfangsschaltung T/R 155 erlaubt es, zwischen die Wandlerelemente 36 und ihre entsprechenden Empfänger 148 eint· Senderschaltung einzukoppeln. Die Sende-Empfangsschaltung 155 ist über eine Klemme D des Empfangskanals 147 mit dem entsprechenden Wandlerelement 36 verbunden. Die Klemme A dient zur Einkopplung der Senderschaltung.

Durch die Übertragung der Adressensignale von dem Generator 110 Über die Leitungen 121 und 162 und über den Schalter 92 zu den Speichern 88 und 90 entsteht eine Anordnung, bei der die Abtastsignale von dem Multiplexer MUX156 jeweils mit demselben Speicher, z. B. mit dem Speicher 88, verbunden werden, der der Adresse auf Leitung 162 entspricht. Wie oben bereits beschrieben wurde, ^ient die Adresse auf Leitung 162 zum Einspeichern der Daten in die Speicher 88 und 90 während die Adressen auf der Leitung 121 zum Auslesen der Daten aus den Speichern 88 und 90 dienen. Während die Adresse auf der Leitung 162 übtr den Schalter 92 mit dem Speicher 88 verbunden ist ist die Adresse auf der Leitung 121 über den Schalter 92 mit dem Speicher 90 verbunden. Ferner ist der Ausgang des Speichers 90 über den Schalter 92 mit dem von der Leitung 44 gebildeten Ausgang der Abtasteinrichtung 38 verbunden- Wenn die Kippschaltung 94 den Schalter 92 betätigt, werden diese Verbindungen vertauscht so

ίο daß der Speicher 88 mit der Leitung 44, der Speicher 90 mit dem Multiplexer MUX156, die Leitung 162 mit dem Speicher 90 und die Leitung 121 mit dem Speicher 88 verbunden ist

F i g. 11 zeigt eine Variante der Abtasteinrichtung 38

is von Fig. 10. Diese Variante ist mit dem Bezugszeichen 38/4 versehen. Die Abtasteinrichtung 38Λ enthält die gleichen Empfangskanäle 147 wie die Schaltung nach Fig. 10. Die Speicher 88 und 90 sowie der Schalter 92 entfairen jedoch bei der Abtasteinrichtung 38Λ.

Die von dem Adressengencrator 46 herführende Leitung 121 ist über einen Decodtr 168 mit jeder der Abtast- und Halteschaltungen S/H \52 verbunden. In Abhängigkeit von dem auf der Leitung 121 erscheinenden digitalen Signal aktiviert der Decoder 168 eine der Le.iungen 170. Ihre Identität bestimmt sich aus der auf Leitung 121 erscheinenden digitalen Zahl. Die Empfangskanäle 147 sind außerdem durch die Buchstaben A bis F identifiziert, entsprechend sind die Leitungen 170 zusätzlich durch einen dieser Buchstaben gekennzeichnet falls ein spezifisches Exemplar von ihnen identifiziert werden soll. Zur Auswahl des Signals an der Ausgar.gsklemme B eines spezifischen Empfangskanals 147 ist die Leitung 121 ferner mit dem Multiplexer MUX 156 verbunden. Die genannte Auswahl wird wieder durch das digitale Signal auf Leitung 121 gesteuert. Falls also beispielsweise eine Signalprobe des von dem Wandlerelement 36/1 gelieferten Wandlersignals entnommen werden soll, veranlaßt das digitale Signal auf Leitung 121 den Decoder 168 zur Aktivierung der Leitung 170/4, die ihrerseits die beiden Abtast- und Halteschaltungen S/H 152 in Kanal 147 aktiviert. Das komplexe Abtastsignal des Wandlereiements A wird von der Ausgangsklemme B des Kanals J47/4 über den Multiplexer MUX156 direkt zur Leitung 44- und damit zur Recheneinheit 42 durchgeschaltet. Die Abtast- und Halteschaltung S/H 152 hält das Abtastsignal, d. h. die entsprechende Signalprobe solange wie die Leitung 170/4 aktiviert ist, so daß in der Recheneinheit 42 verschiedene Rechenoperationen durchgeführt werden können, bei deiien das Abtastsignal A benötigt wird. Anschließend wird eine andere Leitung, z. B. die Ltitung 170B aktiviert, so daß auf der Ausgangsleitung 44 ein Autastsignal B erscheint. Man ersieht daraus, daß bei einem System, welches die vorangehend beschriebene Abtasteinrichtung 38/4 verwendet, jedes Wandler-Abtastsignal dann erzeugt wird, wenn es für die jeweiligen Rechenoperationen benötigt wird, während ein Sor.arsystem 32, cta£ von der Abtasteinrichtung 38 gemäß Fig. 10 Gebrauch macht einen kompletten Satz von Wandler-Abtastsignalen für alle Wandlerelemente 36 erzeugt und speichert, so daß die individuellen Wandler-Abtastsignale des gespeicherten Signalsatzes so extrahiert werden, wie sie für die Rechenoperationen benötigt werden.

Man kann die Abtasteinrichtung 38 oder auch die Abtasteinrichtung 38Λ noch in der Weise abwandeln, daß man den Multiplexer MUX156 durch einen (nicht dargestellten) analogen Multiplexer ersetzt, der direkt

mit den Ausgängen der Mischer 150 jedes Kanals 147 verbunden ist und dessen Ausgangssignale seriell über eine Abtast- und Halteschaltung und einen Analog-Digitalwandier entweder zu den Speichern 88 und 90 (bei der Abtasteinrichtung 38) oder unmittelbar zur Leitung 44 (bei der Abtasteinrichtung 38/tygeführt werden.

Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Strahlbildung kann ein Temperaturfühler 172 (Fig. 1 und 3) vorgesehen sein, der über eine Leitung 174 mit dem Taktgenerator 106 des Adressengenerators 46 verbun- to den ist. Die Taktfrequenz des Taktgenerators 106 steht damit unter dem Steuereinfluß eines von dem Temperaturfühler 72 gelieferten Signals, so daß dann, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Energie in dem Meerwasser in Abhängigkeit von der Wassertemperatur ansteigt oder abnimmt, die Frequenz des Taktgenerators 106 entsprechend ansteigt bzw.

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der Abtasteinrichtung 38 so gewählt ist, daß pro Wellenlänge der auf das Wandlerfeld 34 auf treffenden Strahlung wenigstens sechs oder sieben Abtastsignale erzeugt werden. Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit anwächst oder absinkt, wächst die Abtastfrequenz entsprechend an bzw. sie sinkt entsprechend ab. Damit ist sichergestellt, daß das resultierende Richtungsdiagramm für einen auf dem Wandlerfeld 34 auffallenden Strahl gegenüber Schwankungen der Wassertemperatur invariant ist.

Strahlungsenergie, die auf das Wandlerfeld 34 (F i g. 1 bis 3) auftrifft, erzeugt also in jedem der Wandlerelemente 36 Signale, die von den entsprechenden Zeitpunkten abhängig sind, in denen eine Wellenfront der Strahlung auf die betreffenden Wandlerelemente 36 auftrifft. Die Wandlersignale werden mit Hilfe der Abtasteinrichtung 38 abgetastet, welche anschließend die Abtastsignale speichert. In Abhängigkeit vnn dem in dem Adressengenerator 46 angeordneten Taktgenerator 106 liefert der Zähler 108 eine Zahlenfolge, die den Generator 110 steuert. Der Generator 110 liefert in Abhängigkeit von dieser Zahlenfolge eine Folge von digitalen Zahlen, mit denen die in der Abtasteinrichtung 38 gespeicherten Abtastsignale ausgewählt werden. Die ausgewählten Abtastsignale werden mit Hilfe des Multiplizierers % gewichtes Die gewichteten Abtastsignale werden an vorbestimmten Speicherplätzen in dem Speicher 100 abgespeichert. Die gespeicherten Abtastsignale werden mit Hilfe des Addierers 98 mit anderen gewichteten Abtastsignalen kombiniert, wodurch Teilsummen von Abtast-Ausgangssignalen der betreffenden Strahlen gebildet werden. Das Kombinieren von aufeinanderfolgenden Abtastsignalen der Wandlersignale wird fortgesetzt, aufeinanderfolgende Teilsummen für irgendein Abtast-Ausgangssigna! werden in einem vorbestimmten Speicherplatz 82 des Speichers 100 solange gespeichert, bis die Summenbildung vollendet ist. Anschließend wird die auf diese Weise vervollständigte Summe über den Schalter 102 in den Pufferspeicher 104 übertragen. Der Zähler 108 zählt modulo-iV. wobei N die Anzahl der mathematischen Operationen ist, die während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls durchgeführt werden. Somit zählt dei Zähler 108 iterativ, wobei während jedes Ausgangssignal-Abtastintervalls (Fig.8) eine vollständige Iteration vollendet wird. In ähnlicher Weise erzeugt dei Generator 110 in Abhängigkeit von der iterativen Zahlenfolge des Zählers 108 eine iterative Folge vor arithmetischen Operationen. Der Detektor 112 signalisiert das Ende eines jeden Ausgangssignal-Abtastintervalls und der Zähler 116 zählt die Anzahl dei Ausgangssignal-Abtastintervalle. Dieser Zählvorgang erfolgt modulo-/W, der Zählstand ändert sich also vor Null bis (M- 1). Der Ausgangswert des Zählers 116 wird mit Hilfe des Addierers 114 modulo-M zu der Speicherplatzteiladresse hinzuaddiert, so daß die neuen Daten, die mit den in einem Speicherplatz abgespeicherten Daten zu kombinieren sind, pro Ausgangssignal-Abtastintervall um einen Speicherplatz nach vorne verSCiiGucn Werden, Wie dies äüS F i g. 8 Cl biüimicil im.

Da der Addierer 114 modulo-M arbeitet und M die Anzahl der Speicherplätze in dem Speicher 100 ist, wird die Adresse für irgendeine Speicherstelle in dem Speicher 100 sequentiell um jeweils einen Speicherplatz verschoben und zwar aufeinanderfolgend über alle Speicherplätze und beginnt dann wieder mit dem ersten Speicherplatz. Dies entspricht der Darstellung in F i g. 8, in welcher während aufeinanderfolgender Ausgangssignal-Avtastintervalle die Addition von neu gebildeten Abtastwerten zu den gespeicherten Teilsummen dadurch bewerkstelligt wird, daß die Abtastwerte in aufeinanderfolgenden Speichel platzen eingetragen werden. Diese Anordnung erlaubt eine beliebige Konfiguration des Wandlerfeldes, insbesondere auch langgestreckte Wandlerfelder, bei denen zur Ausrichtung eines Strahls in einer Richtung sehr viele Ausgangssignal-Abtastintervalle benötigt werden, während zur Ausrichtung eines Strahls in einer anderen Richtung nur ein oder zwei Ausgangssignal-Abtastintervalle erforderlich sind. Falls der Generator Strahlen in vielen Richtungen, z.B. 120 Strahlen mit einem gegenseitigen Winkelabstand 3° erzeugen soll, um damit eine 360° Azimut-Abdeckung zu erzielen, kann die Datenverarbeitungseinheit 52 entweder aufeinanderfolgend jeweils einen Strahl auswählen, so daß sich ein wandernder Abtaststrahl ergibt, oder sie kann Strahlen in beliebiger Ordnung auswählen, um eine beliebige wahlfreie Abtastung zu ermöglichen. Es ist offensichtlich, daß der Generator 110 auf Wunsch auch nur einige wenige Strahlen, z. B. vorwärts, rückwärts, backbord und steuerbord gerichtete Strahlen erzeugt. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist daher universell auf Wandlerfelder mit beliebigem Format anwendbar. Das in den Zeichnungen dargestellte Wandlerfeld 34 ist ein ebenes Wandlerfeld, selbstverständlich sind auch nichtebene Anordnungen, z. B. halbkugelförmige Anordnungen für das Wandlerfeld möglich. Die Kombination der Abtastsignaie der Wandlerelemente solcher nichtebener Wandlerfelder liefert Strahlen auch in solchen Richtungen, die nicht in der azimutalen Ebene liegen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches oder akustisches Wandlerfeld mit einer Einrichtung zur Bildung mindestens eines Empfangsrichtstrahles und einer Mehrzahl von elektromagnetischen oder akustischen Wandlerelementen (36), die in vorgegebener räumlicher Verteilung angeordnet sind und deren Empfangssignale mittels einer Abtasteinrichtung (38) in zeitlicher Tastfolge abgetastet werden und zur Ausbildung einer Richtwirkung in einer Kombinationseinrichtung (78) kombinierbar sind, ferner mit Speichermitteln (152,156,88,90) zum Speichern der Abtastsignale an durch Adressen einzeln identifizierbaren Speicherplätzen und mit einem Adressen- und Steuersignalgenerator (46) der mit den Speichermitteln zur Auswahl der der Kombinationseinrichtung (78) zuzufüisrenden gespeicherten Signale verbunden ist, wobei der Adressen- und Stcucrsignalgcncrator (46) eine Adressenpermutation vornimmt, dadurch gekennzeichnet, daß von der Kombinationseinrichtung (78) Kombinations-Zwischenergebnisse auf bestimmte Speicherplätze (82) einer Speichereinrichtung (100) übertragbar sind und daß der Adressen- und Steuersignalgenerator (46) auch mit der Speichereinrichtung (100) zu deren Adressierung verbunden ist und daß ferner das einer bestimmen Richtung des Empfangsrichtstrahles entsprechend Kombinationsergebnis in einer Additionseinrichtung (98) gebildet wird, der von bestimmten Wandlerelementen (36) abgeleitete Signale der Abtasteinrichtung (38) einerseitf und an bestimmten aufeinanderfolgenden Speienerplätzen der Speichereinrichtung (100) gespeicherte Kombinations-Zwischenergebnisse andererseits in aufeinanderfolgenden Einzeloperationen unter Permutation der Adressen der genannten aufeinanderfolgenden Speicherplätze der Speichereinrichtung (100) zuführbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressen- und Steuersignalgenerator (46) einen von einem Taktgeber (106) betriebenen Zähler (108) zur iterativen Adressierung eines Speichers (110) enthält, von dessen Ausgangssignalen Adreßsignale zur permutierenden Adressierung der Speichereinrichtung (100) ableitbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (108) des Adressen- und Steuersignalgenerators (46) iterativ eine bestimmte Anzahl von Operationsschritten abzählt und außer mit dem genannten Speicher (110) mit einem iterativ die Zählperioden des ersten Zählers abzählenden weiteren Zähler (116) verbunden ist, dessen Ausgang in Kombination (114) mit einem Ausgangssignal des genannten Speichers (110) die im Takte der Zählperioden des ersten Zählers (108) permutierende Adresse für die Speichereinrichtung (100) bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der permutierend adressierbaren Speicherplätze (82) der Speichereinrichtung (100) dem Quotienten zwischen der zur Ausbreitung einer Wellenfront über der Wandlerfeld (34) in Richtung eines Strahls erforderlichen Zeitspanne und einem Zeitintervall entsprechend b5 der genannten Tastfolge gleich ist.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches oder akustisches Wandlerfeld mit einer Einrichtung zur Bildung mindestens eines Empfangsrichtstrahles mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.

Aus der kanadischen Patentschrift 8 39 414 ist ein derartiges Wandlerfeld bekannt, bei welchem die Einrichtung zur Bildung eines Empfangsrichtstrahles Speichermittel enthält, in denen durch Abtastprobennahme der Wandlerausgangssignale gewonnene Abtastsignale in solcher Weise an bestimmten adressierbaren Speicherplätzen eingespeichert werden, daß zur Verwirklichung eines Empfangsrichtstrahles bestimmter Richtung Abtastsignale zeitrichtig einer Kombinatonseinrichtung zugeführt werden können und zur Richtungsänderung des Empfangsrichtstrahles die Entnahme der erforderlichen Abtastsignaie aus den Speichermitteln durch Adressenparmutation vereinfacht ist (siehe hierzu insbesondere Figur 4 der kanadischen Patentschrift 8 39 414).

UtP zu gewährleisten, daß sich die Empfangsrichtstrahlen mit nur geringen oder keinen Nebenzipfeln ausbilden, muß dem Wandlerfeld eine hinreichend große Zahl von Abtastproben entnommen werden. Die Wandlersignale müssen also mit einer hinreichend großen Abtastfrequenz abgetastet werden, beispielsweise in der Zeit, in der eine akustische Welle um eine Wellenlänge fortschreitet, zehn mal.

Bei Wandlerfeldern mit großer Ausdehnung sind die arithmetischen Operationen zur Kombination der Wandlersignal-Abtastproben und zur Bildung eines Ausgangsdatensignals erst teilweise abgeschlossen, wenn die entsprechenden arithmetischen Operationen für die nächste Abtastung beginnen. Eine große Ausdehnung des Wandlerfeldes bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Zeit, in welcher die Wellenfront der Strahlungsenergie an dem Wandlerfeld vorbeiwandert, größer ist a's der Kehrwert der Abtastfrequenz, mit der von den Wjpdlern Abtastproben genommen werden sollen.

Die Situation ist leicht überschaubar am Beispiel eines Sonar-Wandlerfeldes zur Ausrichtung eines Empfangsstrahls akustischer Energie:

Es sei beispielsweise ein Wandlerfeld angenommen, das hinreichend lang ist, so daß einige Millisekunden vergehen, bis sich eine Wellenfront, über das Wandlerfeld ausbreitet. Wenn ferner angenommen wird, daß Daten mit einer Abtastfrequenz von einigen kHz aus dem Wandlerfeld entnommen werden sollen, müssen offensichtlich während der Zeitspanne, in der sich die Wellenfront über das Wandlerfeld ausbreitet, viele A'itastsignale extrahiert werden. Bei einer Konfiguration des Wandlerfeldes, bei der die Wandler längs einer geraden Linie angeordnet sind, trifft eine senkrecht zu dieser Linie einfallende ebene Wellenfront gleichzeitig auf alle Wandler, während eine in Richtung der Linie einfallende ebene Wellenfront nacheinander auf die einzelnen Wandlerelemente auflrifft. Eine ebene Wellenfront, die zum Wandlerfeld geneig! einfüllt, breitet sich über dieses in kürzerer Zeit aus als eine in Ausdehnungsrichtung des Wandlerfeldes einfallende Wellenfront. Damit ändert sich die Zeit, innerhalb derer die Wandlersignale zur Bildung eines einzigen Ausgangsdatensignals zu kombinieren sind, in Abhängigkeit von der Richtung, mit der die Wellenfront relativ zu dem Wandlerfeld einfällt.

Schwierigkeiten entstehen, wenn das Wandlerfeld zur Sammlung von Daten aus vielen Richtungen verwendet wird, wegen der Vielzahl der arithmetischen Operatio-