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Schaltungsanordnung zum Empfang von
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Echosignalen in einer Echolotanlage Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zum Empfang von Echosignalen in eier Echolotanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
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Es sind bereits diverse Verfahren nebst Schaltungsanordnungen zur
Unterdrückung von Störsignalen und zur Ausblendung von Falachechos (z.B. Sekundärechos)
bekannt.
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Durch die DT-AS 25 55 929 ist es bekannt, die innerhalb einer bestimmten
Anzahl von aufe inarderfolgenden Lotperioden im zeitlichen Abstand von wenigstens
annähernd einer Lotperiodendauer eintreffenden Signalimpulse zu summieren und die
Summenspannung zur Anzeige oder zur Bewirkung der Anzeig zu verwenden. Dieses Verfahren
wird kurz als Echostapelung b*zeichnet. Es bewirkt, d Storimpulse eliminiert werden,
die statistisch verteilt oder mit einer von der Lotperiode verschiedenen Periode
auftreten.
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Ferner ist eine Echoauswahlschaltung bekannt, die bewirkt, daß nur
das Primarecho, also nicht das nachfolgende Sekundäreche, durchgelassen wird.
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Diese Schaltung besteht aus einem bistabilen oder monostabilen Multivibrator,
der durch den ersten Zielechoimpuls gekippt wird und in der gekippten Stellung,
in der er für den Rest der Lotperiode belassen wird bzw. verharrt, die Sperrung
des Empfangskanals bewirkt.
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Des weiteren ist aus der DT-PS 24 50 999 eine Ausblendeschaltung bekannt,
welche die Anzeigebereitschaft der Echolotanlage auf einen Teilmeßbereich beschränkt,
innerhalb dessen das Zielecho zu erwarten ist, und bei der der Beginn des Teilmeßbereichcs
von der zuletzt gemessenen Tiefe bzw. Zielentfernung abhängig gemacht wird. Diese
Schaltung wird im folgenden kurz als "mitlaufendes Fenster" bezeichnet.
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Schließlich ist noch eine sogenannte mitlaufende Schwelle bekannt;
das ist eine Komparatorschaltung, in welcher das eintreffende Signal mit einer Bezugsspannung
verglichen wird, und die nur dann eine Signalspannung abgibt, wenn das eintreffende
Signal die Bezugsspannung überschreitet. Als Bezugsspannung dient hierbei das jeweils
letzte empfangene Zielecho, dessen Spannungswert mittels eines Kondensators gespeichert
wird. Damit die mitlaufende Schwelle auch kleiner werdenden Zielechos folgen kann,
wird die Aufladung des Kondensators, kontinuierlich oder diskontinuierlich, von
Lotperiode zu Lotperiode um einen gewissen Betrag verringert.
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Jede der genannten Schaltangen hat zwar ihre vorteilhafte Wirkung,
jedoch ist diese Wirkung in der einen oder anderen Hinsicht unzureichend.
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Die Echoauswahlschaltung unterdrückt nur Impulse, die nach dem Zielecho
eintreffen. Das mitlaufende Fenster schließt nur die Impulse von der Anzeige aus,
die außerhalb des zugelassenen Teilmeßbereiches liegen. Die mitlaufenden Schwelle
eliminiert nur Impulse, die schwächer sind als der zu erwartende Impuls des Zielechos.
Die Echostapelschaltung unterscheidet zwar mehr gut zwischen Zieleche und Störimpulsen,
jedoch würde sie Sekundärechos auch durchlassen, und vor allem tritt bei ihr ein
gewisser, durch die Trägheit der Echostapelung hervorgerufener Phasenfehler, also
ein Tiefen- bzw. Entfernungsmeßfehler auf.
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Die Aufgabe der Erfindung bestand somit darin, die vorgenannten Schaltungen
zu einer Empfangeschaltung zu vereinigen, bei der eine mit Sicherheit fehlerfreie
Auswahl des Zielechos stattfindet, jedoch ohne, daß die Anzeige dieses Echos mit
einem Phasenfehler behaftet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäs durch den kennzeichenden Teil des
Patentanspruches gelöst.
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Anhand des gezeichneten Blockschaltbildes wird die Erfindung näher
erläutert.
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Hierin ist 1 die Eingangsklemme der Empfangsschaltung, an die der
Empfangsschwinger eingeschlossen zu decken ist. 2 ist ein Lotverstärker mit soll
@@ätige@ Regelung, wobei die Regelzeitkonstante in der Größeßenend@@@ mehrerer Lotperioden
liegt.
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Im Punkte 3 verzweigt sicn der Empfangskanal in einen ersten (in der
Zeichnung oberen) und einen zweiten (in der Zeichnung ur.teren) Parallelkanal. In
dem ersten (oberen) Parallelkanal liegen, aufeinanderfolg'nd, die Echostapelschaltung
4, eie Schwellenschaltung 5, beispielsweise ein Schmitt-Trigger, die Echouauswahlschaltung
6 und das mitlaufende Fenster 7. 8 ist ein Taktgenerator, der über die Taktleitung
9 die in der Echostapelschaltung 4 bekanntermaßen zur Zwischenspeicherung verwendeten
Schieberegister und die in dem mitlaufenden Feinster 7 bekanntermaßen verwendeten
Digitalzähler taktet.
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In dem zweiten (unteren) Parallelkanal liegen, aufeinanderfolgend,
die mitlaufende Schwelle 10, ein Analog-Digitalwandler 11 und eine weitere Echoauswahlschaltung
12.
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13 ist ein Und-Tor, an dessen Eingang a der Ausgang des ersten Parallelkanaln
und un dessen Eingang b der Ausgang des zweiten Parallelkanals angeschlossen ist.
Der Ausgang des Und-Tores 13 ist mit dem Einnrg eines Anzeigegerätes 14 verbunden.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende:
In der Echostapelschaltung 4 wird nach Digitalisierung der Signale ein Impuls gebildet,
dessen Spannungswert in Mehrfaches, z. B.
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das Fiinffache, eines einzelnen Zielechoimpulses beträgt
Die
nachfolgende Schwellenschaltung 5 möge auf etwas mehr als den vierfachen Spannungswert
eingestellt sein. Dadurch werden alle Impulse zurückgehalten, die weniger als fünfmal
im Abstand einer Lotperiode eingetroffen sind. Der von der Schwellenschaltung 5
durchgelassene Impuls ist dann mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein
Zielecho. Dieter Impuls betcitigt sodann die Echouauswahlschaltung 6, so daß das
nachfolgende Sekundärecho, das ja ebenfalls fiinfmal aufsummiert sein würde, nicht
mehr durchgelassen wird, und bestimmt ferner den Beginn des nn dem mitlaufenden
Fenster 7 sich einstellenden Teilmeßbereiches. Solange das mitlaufende Fenster 7
"geöffnet" ist 1 liegt am Eingang a des Und-Tores 13 eine Spannung.
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Wie bereits erwähnt, hat der aus der Echostapelung gewonnene Impuls
einen gewissen Phasenfehler. Dieser Fehler ist jedoch bei der E;instellung des mitlaufenden
Fensters 7 nicht schädlich, da man ihn bei der Festsetzung des Teilmeßbereichsbeginns
mit einem konstanten Betrag von Zählimpulsen beriicksichtigen kann, und da diese
Festsetzung ohnehin mit einer gewissen Toleranz erfolgt.
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In dem zweiten Parallelkanal läßt die mitlaufende Schwelle 10 immer
nur Impulse von der für ein Zielecho üblichen Stärke durch. Der durchgelassene Impuls
wird mittels des Analog-Digitalwandlers 11 in einen Digitalimpuls umgewandelt, der
sodann die Echouauswahlschaltung 12 betätigt.
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Sobald diese angesprochen hat, woruf der zweite Parallelkanal gesperrt
ist, liegt auch. an dem Eingang b des Und-Tores 13 eine Spannung.
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Wenn also das mitlaufende Fenster 7 geöffnet ist und die Echouauswahlschaltung
12 angesprochen hat, ist die Und-Bedingung erfüllt, so daß das Und-Tor 13 einen
Meßimpuls an das Anzeigegerät 14 abgibt.
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Die Echoauswahlschaltung 12 ist jedoch nicht zum Unterdrücken des
Sekundärechos vorgesehen, denn dieses liegt ja bereits außerhalb des Teilmeßbereiches,
so daß bei seinem Eintreffen die Und-Bedingung ohnehin nicht mehr erfüllt ist, sondern
sie dient zur Unterdrückung des sogenannten Nachklingelns, d.n. einer Echoimpulsgruppe,
die unmittelbar auf den Hauptimpuls folgt, und zur Unterdrückung von Echos, die
von tiefer im Boden vorhandenen Sedimentschichten stammen, und die somit eine zu
große Tiefe vertäuschen würden.
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Durch das Vorhandensein der Echoauswahlschaltung 12 kann es allerdings
geschehen, daß ein starker, die mitlalifende Schwelle 10 ibersteigender Störimpuls,
der vor dem Nutzecho einfällt, der zweiten Parallelkanal vorzeitig sperrt so daß
das wahre Zielecho nicht mehr die Erfüllung der Und-Bedingung bewirken kann und
die Anzeige in der betreffenden Lotperiode ausfällt. Dies ist aber eher in lauf
zu nehmen als die Anzeige eines falschen Wertes, wie sie beim Fehlen der Echoauswahlschaltung
12 siglich wäre.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Empfangsschaltung bewirkt somit,
daß mit höchstmöglicher Sicherheit nur Zielechoimpulse zur Anzeige gelangen, und
daß der jeweils angezeigte Tiefen- bzw. Entfernungsmeßwert phasenfehlerfrei ist,
da für die Anzeige der Impuls im zweiten Kanal maßgebend ist.