DE2854783C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in ein über Meeresgrund fortbewegbares Gefährt eingebautes Sonargerät mit Einrichtungen zum Senden-Empfangen aktustischer Wellen zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs längs wenigstens einer Bewegungsrichtung, mit zwei Wandlern identischer Charakteristik, von denen ein jeder ein Richtdiagramm mit einer Hauptkeule aufweist, wobei die Wandler bezüglich des Gefährts derart angeordnet sind, daß ihre Hauptkeulen symmetrisch bezüglich der Vertikalen in einer Querebene senkrecht zur Vorwärtsbewegungsrichtung des Gefährts angeordnet sind.

Ein solches Sonargerät ist bekannt durch die US-PS 34 37 987.

Die Sendefrequenz eines Sonargeräts wird meist so festgelegt, daß ein Kompromiß zwischen Reichweite und Auflösung erreicht wird, und dies bei mittlerer Wassertiefe, beschrieben beispielsweise durch die FR-PS 20 45 218. Dies gilt aber nicht bei sehr großer Wassertiefe, bei der sowohl die Durchdringungsqualitäten wie die Auflösung optimiert sein müssen. Hinzu kommt, daß allein die für das Absenken notwendige Zeit manchmal mehrere Stunden beträgt, so daß es notwendig ist, alle Untersuchungsmöglichkeiten auszuwerten, um kontinuierlich sowohl eine gute Durchdringung als auch eine gute Auflösung zu erreichen.

Der Fachmann auf dem Gebiet der Sonargeräte weiß andererseits, daß der Rückstreukoeffizient eines sandigen Bodens im wesentlichen der Frequenz der ausgesendeten akustischen Impulse unabhängig ist, während der Streukoeffizient bei einem Geröllboden oder bei ähnlicher Struktur pro Oktave um drei bis sechs dB variiert. Es ist auch bekannt, daß der Rückstreukoeffizient eines felsigen Bodens wesentlich größer als der anderer Bodenstrukturen ist und sich deutlich von diesen abhebt.

Bei dem oben erwähnten bekannten Sonargerät (US-PS 34 37 987) ist ein Sonar vier Bündeln zugeordnet, deren Achsen in zwei orthogonalen Ebenen enthalten sind, wobei die Bündel, deren Achsen in der gleichen Ebene enthalten sind, symmetrisch bezüglich der Vertikalen und einer unabhängigen Echosondiereinrichtung sind, um die Wassertiefe unter dem Schiff im Tauchzustand des Gefährts zu schleppen.

Andererseits ist ein Sonargerät bekannt (US-PS 39 43 482), das ebenfalls im Tauchzustand geschleppt wird und über einen Sender-Empfänger-Wandler verfügt, dessen Achse, bezogen auf die Vertikale in der Längsebene in Zuordnung zu einem Steuersystem geneigt ist. Zwei Impulse bei unterschiedlichen Frequenzen werden sequentiell oder gleichzeitig in Richtung des Meeresbodens gegen die Vorderseite des Fahrzeugs ausgesandt, um unterschiedliche Auflösungsreichweiten zu begünstigen. Das System wird zur Schrägmarkierung getauchter Gegenstände verwendet und auch um die Wasserhöhe zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sämtliche für die verschiedenartigsten Funktionen notwendigen elektro-akustischen Einrichtungen an Bord eines im tiefen Tauchzustand geschleppten Gefährts unterzubringen, dessen verfügbares Innenvolumen aber notwendigerweise sehr beschränkt ist, wobei andererseits auch das Gewicht der mitgeführten Ausrüstungsgegenstände begrenzt ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Richtdiagramm der beiden Wandler wenigstens eine Nebenkeule umfaßt und die Wandler derart angeordnet sind, daß ihre Nebenkeulen im wesentlichen längs der Vertikalen gerichtet sind und bezüglich einander interferieren und daß die Sende-Empfangseinrichtungen Erzeuger von Signalen bei einer ersten Frequenz, bei einer zweiten Frequenz und einer dritten Frequenz umfassen, wobei die Abweichung zwischen den beiden ersten Frequenzen höchstens gleich der Bandbreite der Wandler für die niedrigsten Frequenzen gewählt ist, daß die beiden Wandler durch das dritte Signal bei der dritten Frequenz und jeweils durch die Signale bei der ersten Frequenz und bei der zweiten Frequenz erregt werden und daß darüber hinaus ein Aufnehmer vorgesehen ist, dessen Empfängerachse entsprechend der Vertikalen für den Empfang der parametrischen Wellenechos gerichtet ist, die aus der Kombination der Signale bei der ersten und zweiten Frequenz resultieren.

Sämtliche der oben erwähnten Probleme der bekannten Einrichtungen werden erfindungsgemäß überraschend gelöst; die angegebenen Funktionen werden mit einem einfacheren Gerät gewährleistet. Es wird also mit sehr unterschiedlichen Frequenzen gearbeitet. Die Orientierung ist derart, daß die Hauptsende-Empfangskeulen der beiden Wandler einerseits symmetrisch zur Vertikalen sind und andererseits ihre Sekundärkeulen miteinander derart interferieren, daß sogenannte parametrische akustische Signale erzeugt werden. Die Verwendung solcher Wandler mit multiplen Eigenschaften ermöglicht es, das elektronische Steuer- und Auswertesystem für die Echos zu vereinfachen und damit Gewicht und Volumen zu vermindern.

Statt eines einzigen Wandlers, der durch ein Signal hilfsgesteuert würde, wobei das Signal zwei unterschiedliche Frequenzen kombiniert, verwendet man erfindungsgemäß die beiden Wandler, indem man sie gesondert mit den beiden Hochfrequenzsignalen steuert.

Die kombinierte Verwendung zweier Wandler allein mit einem elektronischen System ermöglicht es, gleichzeitig Echogramme der seismischen Oberfläche, ein Maß für die Wasserhöhe, ein Maß für die Quergeschwindigkeit eines Fahrzeugs sowie Aufzeichnungen der Oberflächenschichten unter Wasser mittels parametrischer Wellen und somit eine Gesamtheit von Funktionen zu erhalten, die gesondert bekannt sind, die man aber zusammen in keiner der bekannten Geräte antrifft.

Die aufeinanderfolgende Aussendung von Impulsen zweier unterschiedlicher Frequenzen durch den Wandler bzw. Transduktor ergibt den Vorteil, daß zwei Arten von Echogrammen komplementärer Qualitäten entstehen. Die Verwendung der niedrigeren Frequenz gibt dem Gerät eine große Reichweite, während die Verwendung der höheren Frequenz eine bessere Auflösung sichert.

Die Verwendung eines Transduktors, dessen Richtdiagramm zwei Keulen in Verbindung mit geeigneten Sende- und Empfangsmitteln aufweist, ergibt neben den Echogrammen bei zwei verschiedenen Frequenzen ein Maß für die Transversalgeschwindigkeit des Gefährts sowie für den Abstand vom Meeresboden, während bei bekannten Geräten diese verschiedenenen Ergebnisse nur durch jeweils spezialisierte, unabhängige Systeme vom Typ Echosonde oder Doppler-Sonar erreicht werden.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht schließlich eine Messung der Veränderung des Rückstreukoeffizienten, woraus sich Rückschlüsse auf die Art des Meeresbodens ziehen lassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Gefährts, das das erfindungsgemäße Sonargerät trägt.

Fig. 2 zeigt dasselbe Gefährt von vorne.

Fig. 3 zeigt, wie eine Bezugsachse OM im Inneren eines Sendestrahls eines seitlichen Transduktors zur Bestimmung der Quergeschwindigkeit des Gefährts liegt.

Fig. 4 zeigt in Blockschaltform das erfindungsgemäße Sonargerät.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Sendemodulator und

Fig. 6 zeigt die Vergleichsmittel der identischen Charakteristiken der auf zwei verschiedenen Frequenzen ausgesandten Impulse, wobei diese Mittel den Empfangsmitteln der von den seitlichen Transduktoren empfangenen Echos zugeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Gerät ist in ein Gefährt eingebaut, das beispielsweise aus einem stromlinienförmigen Tauchkörper oder Fisch 1 bekannter Art (Fig. 1, Fig. 2) besteht und Stabilisierungsflächen trägt. Diese Flächen umfassen beispielsweise einen hohlen Kegelstumpf 3 um das hintere Ende des Gefährts und Seitenflossen 2. Zusätzlich können noch nicht dargestellte Kontrollmittel vorgesehen sein, mit denen die Eintauchtiefe des Gefährts geändert oder stabilisiert wird. Das Gefährt ist beispielsweise über elektrische Kabel 4 mit einem Zugschiff auf der Meeresoberfläche verbunden. Über die Kabel werden die bei der Echographie anfallenden Daten übertragen. Ein Schleppseil 5 nimmt die mechanischen Kräfte auf.

Das Gerät besitzt zwei seitliche Wandler bzw. Transduktoren 6 und 7 länglicher Form, die beispielsweise auf den Seitenwänden des Gefährts angebracht sind, und sie sind außerdem zu beiden Seiten des Gefährts schräg nach unten ausgerichtet. Beispielsweise sind die Achsen der Transduktoren 6 und 7 bezüblich der Senkrechten um 70° geneigt. Ganz allgemein sind die Transduktoren so gewählt und angeordnet, daß ihre Richtdiagramme je eine Nebenkeule in senkrechter Richtung besitzen unter der Voraussetzung, daß das Gefährt stabilisiert ist und sich mit konstanter Tauchtiefe fortbewegt. Die Hauptkeulen der Richtdiagramme liegen in den Transduktorachsen und werden für die Ermittlung der Echogramme des Meeresbodens zu beiden Seiten des Weges des Gefährts verwendet. Jeder Transduktor 6 und 7 besitzt mindestens zwei Resonanzfrequenzen, eine in Kompressionsrichtung und die andere in Transversalrichtung. Aufgrund der Bauart der Transduktoren sind diese Frequenzen ungleich, wobei die Frequenz f _H höher als die Frequenz f _B ist. Die maximale Auflösung ergibt sich bei der höheren Frequenz und die größere Reichweite ergibt sich bei der niedrigeren Frequenz. Beispielsweise liegen die beiden Resonanzfrequenzen bei 20 bzw. 70 kHz.

Wählt man für die niedrigere Frequenz f _B in beiden Transduktoren 6, 7 denselben Wert, dann versorgt man die beiden Transduktoren mit Signalimpulsen unterschiedlicher Frequenz f _B ′ und f _B ′′ derart, daß

f _B ′ = f _B + Δ f (1)

f _B ′′ = f _B - Δ f (2)

Δ f ist ein Frequenzband, dessen Bandbreite kleiner als die Hälfte der den beiden Transduktoren gemeinsamen Durchlaßbandbreite F _B gewählt ist. Die Impulssignale f _B ′ und f _B ′′ werden durch Impulse der Frequenz f _H verlängert. Wenn die Sendeleistung in den Nebenkeulen ausreicht, dann ergibt sich eine parametrische akustische Welle, die sich vertikal fortpflanzt und deren Frequenz f _p gleich zweimal der Durchlaßbandbreite der Transduktoren ist. Diese Frequenz f _p ist sehr niedrig, beispielsweise 1 kHz, so daß diese parametrische akustische Welle in den Meeresboden eindringt und die sedimentären Schichten nahe dem Meeresboden durchdringt. Die Richtwirkung der parametrischen Welle gleicht größenordnungsmäßig der der Nebenkeulen des Richtdiagramms der Transduktoren. Eine Sonde 8, auch Hydrophon genannt, befindet sich im unteren Scheitel des Gefährts und empfängt die Echos der parametrischen akustischen Welle. Ihre Durchlaßbandbreite ist auf die Frequenz f _P abgestimmt.

Die Lage des Gefährts bezüglich des Meeresbodens wird durch die gleichzeitige Auswirkung der von den Transduktoren 6 und 7 empfangenen Echos der entlang den Nebenkeulen ausgesandten akustischen Impulse ermittelt, wie weiter unten im einzelnen erläutert wird.

Die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gefährts entlang einer Querrichtung wird aus der Verschiebung der Dopplerfrequenz abgeleitet, die die Echos der entlang den Hauptkeulen der Transduktoren ausgesandten akustischen Impulse erfahren. Die Frequenzverschiebung aufgrund des Dopplereffekts hängt von der Sende- und der Empfangsrichtung der akustischen Wellen ab. Da die Sendekeule jedes Transduktors einen ziemlich großen Öffnungswinkel besitzt, kann die Messung der Quergeschwindigkeit nur eine Bedeutung besitzen, wenn man eine Bezugsachse OM konstanter Neigung bezüglich der Senkrechten festlegt, die innerhalb des Öffnungswinkels der Hauptkeule der Transduktoren 6 und 7 liegt (Fig. 3). Die Geschwindigkeit wird also ausgehend von den entlang dieser Achse empfangenen Echos gemessen. Wenn t _o die Fortpflanzungszeit der akustischen Sendeimpulse entlang der Senkrechten in den Nebenkeulen über eine Strecke OZ ist, die der Wassersäule h unter dem Gefährt entspricht, dann kommen die Echos entlang der Richtung OM der Hauptkeulen nach einer Zeit t an, gemäß folgender Formel:

Wählt man den Winkel α mit 30°, dann ist diese Zeit t = .

Die Fortbewegungsgeschwindigkeit in Querrichtung wird also aus den nach einem Intervall der Zeitdauer t ankommenden Echos der entlang den Hauptkeulen der Transduktoren 6 und 7 ausgesandten Impulse gemessen.

Zur Messung der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Gefährts entlang seiner Längsachse besitzt das Gerät außerdem zwei zusätzliche Transduktoren 9 und 10, die vorn und hinten in der Längsachse des Gefährts angebracht sind und akustische Energie der Frequenz f _H schräg nach vorne und symmetrisch hierzu schräg nach hinten abstrahlen.

Man ermittelt die Frequenzverschiebung aufgrund des Dopplereffekts der von den Transduktoren 9 und 10 ausgesandten akustischen Wellen und leitet daraus die Längsgeschwindigkeit des Gefährts ab.

Die Steuer- und Kontrollvorrichtung, die in Fig. 4 dargestellt ist, besitzt mehrere Sende- und Empfangskanäle, die mit den Transduktoren zusammenwirken. Die Transduktoren 6, 7, 9 und 10 werden je durch Sendemittel beaufschlagt, die Verstärker 11, 12, 13 und 14 besitzen und von einem Sendemodulator 15, der nachfolgend näher beschrieben wird, Impulssignale der Frequenz f _H , f _B ′ und f _B ′′ zugeführt erhalten.

Die seitlichen Transduktoren 6 und 7 sind außerdem mit Empfangsmitteln verbunden, die je einen Verstärker 16 bzw. 17 mit festem Verstärkungsgrad und einen Verstärker 18 bzw. 19 mit programmierbarem Verstärkungsgrad zur Verstärkung der Empfangssignale aufweisen. Die verstärkten Signale gelangen von den Verstärkern 18, 19 an zwei Demultiplexierer 20 und 21, in denen die hohen von den niederen Frequenzen getrennt werden. Der Multiplexierer 20 liefert auf zwei getrennten Ausgangskanälen die beispielsweise auf Backbord erhaltenen Signale, deren Frequenzen den Sendefrequenzen f _B ′ und f _H entsprechen. Der Demultiplexierer 21 liefert entsprechend auf zwei getrennten Ausgängen die Empfangssignale von Steuerbord, deren Frequenzen den Sendefrequenzen f _B ′′ und f _H entsprechen. Die Ausgänge der beiden Demultiplexierer 20 und 21 sind an Eingangskanäle eines Vielspurregistergeräts 22 bekannter Art angeschlossen.

Die Ausgänge der Verstärker 16 und 17 sind außerdem an ein Detektororgan 23 angeschlossen, das die gleichzeitige Ankunft der ersten Echos ermittelt, d. h. der Echos, die von den entlang der Nebenkeulen der seitlichen Transduktoren 6 und 7 ausgesandten Impulse herrühren. Die gleichzeitige Berücksichtigung der Echos auf zwei unterschiedlichen Empfangskanälen ergibt einen Schutz gegen Fehlmessungen aufgrund von parasitären Reflexionen. Sobald das Organ 23 ein erstes Echo vom Meeresboden festgestellt hat, liefert es einen Impuls ICI.

Die Transduktoren 9 und 10 sind ebenfalls mit Empfangsmitteln 24 und 25 verbunden, die die Echos der akustischen Impulse der Frequenz f _H verstärken. Die Empfangsmittel 24 und 25 sind mit Meßelementen 26 bzw. 27 verbunden, die die Periode der von den Transduktoren 9 und 10 empfangenen Signale messen. Die Ausgänge der Demultiplexierer 20 und 21, die Signale hoher Frequenz liefern, sind außerdem an je ein Meßelement 28 bzw. 29 angeschlossen, das die Periode der von den seitlichen Transduktoren 6 und 7 kommenden Signale mißt.

Die Ausgänge der Meßelemente 26 bis 29 sind an eine Recheneinheit 30 angeschlossen. Diese vergleicht die Perioden der von den beiden Transduktoren 9 und 10 empfangenen Signale mit der Periode der entsprechenden Sendesignale und ermittelt daraus die Verschiebegeschwindigkeiten V _x des Gefährts entlang der Hauptfortbewegungsrichtung.

Der Impuls ICI, der vom Detektororgan 23 bei Eintreffen der ersten Echos vom Meeresboden erzeugt wird, wird der Recheneinheit 30 zugeleitet, die auch die Fortpflanzungsdauer der akustischen Signale ermittelt und daraus die Höhe der Wassersäule unter dem Gefährt sowie die Dauer der Intervalle t (siehe Gleichung 3) ableitet. Nach diesem Intervall vergleicht die Recheneinheit die Perioden der von den Meßelementen 28 und 29 gemessenen Signale mit der Periode der Sendesignale und leitet daraus die Transversalgeschwindigkeit V _y des Gefährts über Grund ab.

Die Recheneinheit ist vom digitalen Typ und führt die Rechnungen mit Hilfe eines internen Taktgebers aus, der Impulse H sehr hoher Frequenz zur Bestimmung eines Zeitmaßstabs liefert. Diese Impulse H dienen auch als Zeitmaßstab für die Meßelemente 26 bis 29, um die Periode der empfangenen Signale zu bestimmen.

Die Sonde 8 ist an Empfangsmittel angeschlossen, die einen Verstärker 31 mit festem Verstärkungsgrad und einen Verstärker 32 mit programmierbarem Verstärkungsgrad umfassen, dessen Ausgang ebenfalls an einen Kanaleingang des Registriergeräts 22 angeschlossen ist. Das Programm zur Bestimmung der Verstärkungsgrade der Verstärker 18, 19 und 32, sowie die Steuerimpulse für den Modulator 15 sind vorab in der Recheneinheit 30 registriert und werden mit jedem Sende- Empfangszyklus bereitgestellt.

Der Sendemodulator 15, der in Fig. 5 im einzelnen dargestellt ist, besitzt zwei identische Untereinheiten mit je einem Speicher 33 und 34, der nacheinander an einen Digital-Analog-Wandler 43 bzw. 44 eine Folge gespeicherter Werte aufgrund externer Steuersignale liefert. Es gibt n gespeicherte Werte entsprechend n aufeinanderfolgenden Abtastproben der Sinusfunktion die über einen vollständigen Zyklus von 2 π verteilt sind. An den Adressen 0 und (n-1) jedes Speichers ist der Wert 0 eingeschrieben. Ausgehend von den n digitalen Werten in jedem Speicher bildet der Digital-Analog-Wandler 43 bzw. 44 eine Sinusfunktion nach, deren Frequenz von der Periode des externen Steuersignals abhängt, mit dem der jeweilige Speicher nacheinander ausgelesen wird. Beispielsweise wird für n der Wert 512, d. h. 2⁹ gewählt.

Das externe Steuer- oder Adressiersignal wird dem Speicher 33 bzw. 34 von je einem modulo n Zähler 35 bzw. 36 geliefert. Diese Zähler zählen die von je einem Zähler 37 bzw. 38 modulo N bzw. N′ gelieferten Impulse. Letztere Zähler zählen wahlweise Taktimpulse H₁ bzw H₂ eines Taktgebers 45. Die Umschaltung zwischen den beiden Frequenzen erfolgt für jeden der beiden Zähler 37 und 38 in einem elektronischen Umschalter IV und einem elektronischen Unterbrecherschalter IT.

Der Modulator besitzt außerdem einen Periodenzähler 39, der die Anzahl der aufeinanderfolgenden Nulldurchgänge des Zählers 35 zählt. Ein Dekodierer 40, der dem Periodenzähler 39 nachgeschaltet ist, liefert an einem Ausgang einen Impuls, wenn der Stand des Periodenzählers 39 den Wert N₁ annimmt, und auf einem anderen Ausgang einen Impuls, wenn der Periodenzähler den Wert N₁ + N₃ annimmt. Eine erste bistabile Kippstufe wird von einem externen Startsignal T _B eingeschaltet und vom Impuls am ersten Ausgang des Dekodierers 40 wieder ausgeschaltet. Das Startsignal T _B dient außerdem der Nullsetzung der Zähler 35, 36, 37, 38 und 39. Ein Ausgang der Kippstufe 41 steuert die beiden Umschalter IV sowie den Modulwert des Zählers 37 zwischen den beiden möglichen Werten N und N′.

Ein weitere bistabile Kippstufe 42 wird ebenfalls vom Startsignal T _B eingeschaltet und wird vom zweiten Ausgang des Dekodierers entsprechend dem Zählwert N₁ + N₃ wieder ausgeschaltet. Diese Kippstufe steuert die beiden Unterbrecherschalter IT.

Der Sendemodulator arbeitet folgendermaßen: Der Startzeitpunkt für die Aussendung akustischer Impulse wird durch den Startimpuls T _B definiert, der vom Vielspurregistriergerät 22 (Fig. 4) stammt. Dieser Startimpuls stellt die Zähler 35 bis 39 sowie die Kippstufen 41 und 42 ein, wodurch die Unterbrecherschalter IT geschlossen werden und die Umschalter IV auf den die Taktfolge H₁ liefernden Ausgang des Taktgebers 45 eingestellt werden. Die Zähler 35 und 36 zählen also Impulse der Frequenz H₁/N bzw. H₁/N′ und liefern bei denselben Frequenzen Impulse, die die beiden Untereinheiten 33, 43 bzw. 34, 44 betätigen.

Die Nulldurchgänge der Zähler 35 und 36 erfolgen mit der Frequenz H₁/nH bzw. H₁/nH′, die der Frequenz f _B ′ bzw. f _B ′′ (Gleichungen 1 und 2) entsprechen. Nach N₁ Halbperioden, die im Dekodierer 40 ermittelt werden, verbindet man die Eingänge der Zähler 37 und 38 mit den die Taktimpulse H₂ liefernden Ausgängen des Taktgebers 45. Die Frequenz f _B ′′ wird so gewählt, daß während des Zeitraums von N₁ Sinushalbwellen der Frequenz f _B ′ eine Anzahl von N₂ Sinushalbwellen der Frequenz f _B ′′ vom Zähler 36 geliefert werden, so daß die folgenden Gleichungen erfüllt werden:

und

Der dem Zählzustand N₁ des Zählers 39 entsprechende Impuls am Ausgang des Dekodierers 40 führt auch über die Kippstufe 41 dazu, daß der Modul des Zählers 37 von N auf N′ umgeschaltet wird.

Nunmehr liefern die beiden Zähler 37 und 38 an die Zähler 35 und 36 Impulse gleicher Frequenz H₂/N′. Die Frequenz des Nulldurchgangs der beiden Zähler 35 und 36 bildet die Frequenz f _H (Fig. 2). Das oben beschriebene Verfahren der Bildung von Sinushalbwellen vollzieht sich auch hier in den beiden Einheiten 33, 43, bzw. 34, 44, bis der Dekodierer 40 N₁ + N₃ Halbperioden ermittelt hat und auf seinem zweiten Ausgang einen Impuls liefert, der die Unterbrecherschalter IT öffnet, so daß das Weiterzählen bis zum Eintreffen des nächsten Startimpulses T _B unterbunden wird.

In jedem Betriebszyklus des Sendemodulators liefern also die beiden Wandler 43 und 44 einen Impuls der Breite R, der im einen Fall aus einem Signal der Frequenz f _B ′ mit einem nachfolgenden Signal der Frequenz f _H besteht und im anderen Fall aus einem Signal der Frequenz f _B ′′ mit nachfolgendem Signal der Frequenz f _H .

Die in den Verstärkern 16 und 18 einerseits und 17 und 19 andererseits verstärkten Signale werden in den beiden Demultiplexierern 20 und 21 gefiltert (siehe Fig. 6, die einen Teil aus Fig. 4 wiederholt). Die Signale der Frequenz f _B ′, f _B ′′ und f _H werden also getrennt einem Rechenorgan 45′ (Fig. 6) zugeführt. Dieses Organ ist beispielsweise in der Lage, den Quotienten zwischen zwei Eingangssignalen zu bilden. Wenn (A _B ′) _T und (A _H ) _T die Amplituden der Signale der niederen Frequenz f _B ′ bzw. der hohen Frequenz f _H von der Steuerbordseite beispielsweise sind, dann liefert das Rechenorgan 45′ das Verhältnis

oder das umgekehrte Verhältnis. Außerdem liefert dieses Organ das Verhältnis

zwischen den entsprechenden Amplituden der Signale der Frequenzen f _B ′′ und f _H von der Backbordseite.

Wenn der Verstärkungsgrad der Verstärker 18 und 19 so gewählt worden ist, daß die Abschwächung abhängig von der Fortpflanzungsdauer der Signale der niedrigeren Frequenz kompensiert werden, dann berücksichtigt das Rechenorgan 45′ die Tatsache, daß die Signale höherer Frequenz stärker abgeschwächt werden, indem die folgenden Größen gebildet werden:

und

Hierbei ist g ein Faktor größer 1.

Wenn dagegen der Verstärkungsgrad der Verstärker 18 und 19 so gewählt worden ist, daß die Abschwächung abhängig von der Fortpflanzungsdauer der Signale der höheren Frequenz kompensiert wird, dann liefert das Rechenorgan 45′ die oben erwähnten Amplitudenverhältnisse mit einem Koeffizienten g kleiner als 1.

Die Auswertung der erhaltenen Resultate durch das Rechenorgan 45′ kann dadurch erfolgen, daß eine bestimmte Menge von Werten ermittelt wird, die von den Koeffizienten K _T und K _B über sandigem Meeresboden genommen werden, wobei die Zeit als Variable gewählt wird und gegebenenfalls eine repräsentative Kurve gezeichnet wird.

Ein Meeresboden, der mit Geröll bedeckt ist, wird dann dadurch entdeckt, daß die Werte der Koeffizienten K _T und K _B sich plötzlich gegenüber der Gesamtheit der Bezugswerte verändern.

Diese Operation wird beispielsweise von einem Vergleichselement 46 durchgeführt, das mit dem Rechenorgan 45′ verbunden ist und die aufeinanderfolgenden Werte der Koeffizienten K _T und K _B mit der Gesamtheit der Bezugswerte vergleicht.

Im Rahmen der Erfindung wäre es auch möglich, die Funktionen des Rechenorgans 45′ und des Vergleichsorgans 46 in der Recheneinheit 30 (Fig. 4) durchführen zu lassen, in der ansonsten die Geschwindigkeit V _x und V _y des Gefährts ermittelt werden.

Es wäre ebenfalls möglich, das arithmetische Verhältnis der Amplitudenwerte bzw. der Signale niedriger Frequenz und hoher Frequenz durch jede andere Art der Verknüpfung dieser Werte oder jeden anderen charakteristischen Parameter der empfangenen Signale zu ersetzen, der für die Art des zu untersuchenden Meeresbodens charakteristisch ist.

Schließlich wäre es auch möglich, das erfindungsgemäße Sonargerät direkt an einem auf der Meeresoberfläche schwimmenden Schiff oder an einem Unterseeboot anzubauen.

Claims (6)

1. In ein über Meeresgrund fortbewegbares Gefährt eingebautes Sonargerät mit Einrichtungen zum Senden-Empfangen akustischer Wellen zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs längs wenigstens einer Bewegungsrichtung, mit zwei Wandlern identischer Charakteristik, von denen ein jeder ein Richtdiagramm mit einer Hauptkeule aufweist, wobei die Wandler bezüglich des Gefährts derart angeordnet sind, daß ihre Hauptkeulen symmetrisch bezüglich der Vertikalen in einer Querebene senkrecht zur Vorwärtsbewegungsrichtung des Gefährts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtdiagramm der beiden Wandler wenigstens eine Nebenkeule umfaßt und die Wandler derart angeordnet sind, daß ihre Nebenkeulen im wesentlichen längs der Vertikalen gerichtet sind und bezüglich einander interferieren, daß die Sende-Empfangseinrichtungen Erzeuger von Signalen bei einer ersten Frequenz (f _B ′) bei einer zweiten Frequenz (f _B ′′) und einer dritten Frequenz (f _H ) umfassen, wobei die Abweichung zwischen den beiden ersten Frequenzen (f _B ′, f _B ′′) höchstens gleich der Bandbreite der Wandler für die niedrigsten Frequenzen gewählt ist, daß die beiden Wandler durch das dritte Signal bei der dritten Frequenz (F _H ) und jeweils durch die Signale bei der ersten Frequenz (F _B ′) und bei der zweiten Frequenz (F _B ′′) erregt werden und daß ein Aufnehmer vorgesehen ist, dessen Empfängerachse entsprechend der Vertikalen für den Empfang der parametrischen Wellenechos gerichtet ist, die aus der Kombination der Signale bei der ersten und zweiten Frequenz (f _B ′ f _B ′′) resultieren.

2. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeneratoren einen Modulator (15) aufweisen, der durch Digital-Analog-Wandler (43, 44) gebildet ist, um Analogsignale aus in Speichern (33, 44) digitalisierten Werten zu restituieren, und eine digitale Steueranordnung aufweisen, um die Entnahme, in sequentieller Form, der in den Speichern digitalisierten Werte zu steuern.

3. Sonargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Steueranordnung mit einem Taktgeberelement (45) verbunden ist, der an zwei unterschiedlichen Ausgängen Impulse liefert, welche unterschiedliche Zeitmaßstäbe definieren, sowie Schaltelemente (IV), Unterbrecher (IT), ein erstes System von Zählern (37, 38) zum Teilen der Frequenz der Taktimpulse durch eine vorbestimmte Zahl und ein zweites System von Zählern (35, 36) zum Teilen der Frequenz der Taktimpulse nacheinander durch eine erste und eine zweite vorbestimmte Zahl vorgesehen sind, wobei die aus den beiden Zählersystemen stammenden Impulse so ausgebildet sind, daß sie jeweils die beiden Speicherorgane (33, 34) steuern.

4. Sonargerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet darüber hinaus durch bistabile Kippschaltungen (41, 42), die durch Impulse gesteuert sind, welche aus einem der beiden Zählersysteme stammen, um die Schalter zu betätigen und die Eingänge der beiden Zählersysteme nacheinander auf die beiden Ausgänge des Taktgeberelementes zu schalten und die Unterbrecher zu betätigen.

5. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Empfängeranordnungen Demultiplexer (20, 21) umfassen, um die Signale unterschiedlicher Frequenz zu trennen, die von den beiden Wandlern empfangen wurden, einen Aufzeichner (22) für diese empfangenen Signale, Detektoren (23), die die Ankunft der ersten vom Meeresgrund kommenden Echos ermitteln, Meßeinrichtungen, um die Periode der empfangenen Signale in den Hauptkeulen der Richtdiagramme der Wandler nach einem Fortpflanzungszeitintervall, das proportional dem der ersten Echos ist, zu messen sowie einen Rechner (30) zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit.

6. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-Empfangsanordnungen eine Anordnung umfassen, um den Quotienten zwischen den Amplitudenwerten der jeweils bei der ersten und zweiten Frequenz (f _B ′, f _B ′′) sowie bei der dritten Frequenz (f _H ) empfangenen Echos zu bilden, wobei die Anordnung mit den Demultiplexern verbunden ist, um die Signale unterschiedlicher Frequenz zu trennen, welche durch jeden der beiden Wandler empfangen wurden.