DE2915132A1 - Vorrichtung und verfahren fuer unterwasser-kartographie - Google Patents

Vorrichtung und verfahren fuer unterwasser-kartographie

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Description

291b132
EG&G INTERNATIONAL, INC. Waltham, Massachusetts o2154, V.St.A.
Vorrichtung und Verfahren für Unterwasser-Kartographie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für Unterwasser-Kartographie mit insbesondere Seitenabtast-Sonar-Geräten. Seitenabtast-Sonar-Geräte sind im Handel erhältlich und werden in den letzten Jahren eingesetzt, um eine genaue Kartographie der Unterwasser-Gewässerboden-Topographie zu erhalten. Insbesondere hat das Gerät einen Sonar oder eine Schallwandler-Quelle und einen Wandler-Empfänger, die beide in einem Unterwasserboot (oft ein eintauchbares Fahrzeug, das als Schleppkörper bezeichnet wird) ausgeführt sind, das in einer gewählten Höhe über dem Gewässerboden gehalten wird. Die empfangenen Signale werden in ein zum Drucken geeignetes Format umgesetzt, und die sich ergebenden Daten werden zu einem Drucker gespeist, um eine
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gedruckte Aufzeichnung (Ausdruck) zu erzeugen. Die sich ergebende Aufzeichnung ist kein flaches oder ebenes "Bild" der Gewässerboden-Topographie, d. h. ein Bild, das z. B. durch eine Unterwasser-Kamera erzeugt werden kann, sondern eine nichtlineare Kartographie der Gewässerboden-Topographie auf einer ebenen Fläche. Die nichtlineare Kartographie wird im allgemeinen durch einen erfahrenen Fachmann gelesen oder "ausgewertet" , der mit Seitenabtast-Sonaren und den durch diese erzeugten nichtlinearen Karten vertraut ist.
Die Beziehung zwischen der durch das Seitenabtast-Sonar erzeugten nichtlinearen Kartographie und der tatsächlichen Gewässerboden-Topographie hängt von zahlreichen Faktoren ab einschließlich der Schleppkörper-Höhe, der Schiffsgeschwindigkeit und des Systemabstandes. Auf diese Weise erfordert eine genaue Auswertung der gegenwärtigen Seitenabtast-Sonar-Karten nicht nur eine genaue Auswertung der empfangenen Sonar-Daten, sondern auch eine Abschätzung der Skalenfaktoren, die in den gedruckten Daten enthalten sind. Die Auswirkungen der Nichtlinearität und der Skalenfaktoren, von denen einige durch den Bediener mittels Frontplatten-Steuerungen gewählt sind, "verzerren" die durch die gegenwärtigen Seitenabtast-Sonar-Geräte erzeugten Karten und machen deren Verwendung schwierig sowie die Zusammensetzung oder Mosaikbildung mit anderen Karten unmöglich, um eine annehmbare zusammengefaßte Karte einer durch mehrere Abtastungen überdeckten Fläche zu erhalten. Weiterhin können die gegenwärtigen Seitenabtast-Karten auch ungenau sein, da die gedruckte Datenanzeige die Höhe und die Vorwärtsgeschwindigkeit der Sonar-Quelle wiederspiegelt, also Daten, die unverfügbar sein können, wenn die Karte studiert wird.
In einem anderen Gesichtspunkt der Seitenabtast-Sonar-Geräte haben die empfangenen Schalldaten einen relativ breiten *) im wesentlichen
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Dynamik-Bereich in der Größenordnung von ca. 120 db, während ein typischer Ausgangsdrucker einen Dynamik-Bereich von lediglich ca. 20 bis 30 db aufweist. Die herkömmlichen Geräte enthalten so verschiedene Anordnungen aus von außen einstellbaren zeitabhängig geregelten Verstärkern (TVG-Verstärkern), um den breiten Dynamik-Bereich der Schall-Eingangssignale zu kompensieren; jedoch haben sich diese Geräte nicht als vollkommen zufriedenstellend erwiesen, da sie eine ständige Handeinstellung und Überwachung erfordern, um eine annehmbare Anzeige zu bewirken. Außerdem kann die sich ergebende Anzeige ungenau sein, wenn die Verstärker nicht richtig eingestellt sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Seitenabtast-Sonar-Vorrichtung und ein Seitenabtast-Sonar-Verfahren anzugeben, die eine lineare Draufsicht der Gewässerboden-Topographie mit einem gewählten Lageverhältnis erzeugen, die ein verbessertes TVG-Steuerungssystem enthalten, um die Wiederholbarkeit und die Zuverlässigkeit der Ausgangsaufzeichnung zu steigern, die eine bessere Drucker-Steuerung aufweisen und die zuverlässig, vielseitig und leicht auch ohne ausgebildeten Bediener zu betreiben sind; diese Vorrichtung und dieses Verfahren sollen weiterhin eine gesteuerte Dichte und ein gesteuertes Lageverhältnis besitzen, damit Aufzeichnungen miteinander zusammenfaßbar sind und ein genaues zusammengesetztes Bild oder Mosaik der Gewässerboden-Topographie mit insbesondere erhöhter Genauigkeit auf dem Gewässerboden erzeugt werden kann.
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Draufsicht-Anzeige eines Gewässerbodens von einem Seitenabtast-Sonar-Signalgerät vor. Das Gerät enthält einen Sonar-Generator und -Empfänger, die sich bezüglich des Gewässerbodens bewegen, wobei die Anzeige wenigstens entlang einer Achse entsprechend einer Richtung senkrecht zur
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Bewegungsrichtung des Generators und Empfängers linear ist.
Die Vorrichtung hat weiterhin wenigstens einen Sende-Wandler zum wiederholten Erzeugen von Seitenabtast-Sonar-Signalen abhängig von einem Ansteuersignal, wobei die Ansteuersignale jeweils den Beginn eines Meßzyklus festlegen, wenigstens einen Empfangs-Wandler zum Erzeugen eines empfangenen elektrischen Ausgangssignales mit einer Amplitude entsprechend der Stärke der empfangenen Rückkehr- oder Echo-Sonar-Signale, eine Einrichtung, die auf das Empfangs-Wandler-Ausgangssignal anspricht, um ein gepreßtes elektrisches Ausgangssignal mit einem Dynamik-Bereich kleiner als der Dynamik-Bereich der empfangenen Sonar-Signale zu erzeugen, und eine Anzeige zum Anzeigen der empfangenen Sonar-Signale.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine Abtasteinrichtung zum periodischen Abtasten der gepreßten elektrischen Signale innerhalb jedes Meßzyklus, um eine Folge abgetasteter Signalwerte zu erzeugen, ein Höhen-Bestimmungsglied, um wiederholt aus den abgetasteten Signalen die Höhe der Quelle und des Empfängers bezüglich des Gewässerbodens zu bestimmen, und eine Einrichtung, die auf die Wandler-Höhe bezüglich des Gewässerbodens und die abgetasteten Signale anspricht, um eine Folge linearer Datenwerte entsprechend einer Kartographie der abgetasteten Signale auf einer Folge gleich beabstandeter Stellen entlang einer waagrechten, den Gewässerboden darstellenden Achse zu bilden. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung zum Betätigen der Anzeige vorgesehen, um die Draufsicht-Karte des Gewässerbodens zu erzeugen, und die Anzeige hat eine Einrichtung zum Empfangen und Anzeigen der linearen Daten.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung weiterhin einen Geschwindigkeitsfühler, um ein Geschwindigkeits-Bestimmungs-Ausgangssignal zu erzeugen, das die Geschwindigkeit des Generators und Empfängers bezüglich des Gewässerbodens darstellt, und eine Einrichtung, die auf das Geschwindigkeits-Ausgangssignal anspricht, um einen Linien-Zählerstand für jede Linie der linearen Datenwerte zu erzeugen, wobei die Anzeige-Drucker-Steuereinrichtung auf jeden Linien-Zählerstand anspricht, um die zugeordnete Folge der linearen Daten in einer Anzahl entsprechend dem Linien-Zählerstand zu drucken.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung hat eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Winkelkorrektur der abgetasteten Signalwerte, um das Sonar-Echosignal hinsichtlich des Einfallwinkels des Signales bezüglich des Gewässerbodens und der Ungleichmäßigkeiten des Sende-Wandlers in der senkrechten Ebene zu korrigieren, einen TVG-Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor entsprechend im wesentlichen dem Quadrat der abgelaufenen Zeit, die ab dem Zeitpunkt des Auftretens des letzten Ansteuer-Impulssignales gemessen ist, und ein Höhen-Bestimmungsglied, das auf Messungen der Backbord- und Steuerbord-Echosignalamplituden bezüglich eines vorbestimmten Schwellenwertes beruht.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Verfahrensschritte vor:
Erzeugen wenigstens eines Seitenabtast-Sonar-Impulssignales von wenigstens einem Sende-Wandler, wobei jedes Impulssignal den Beginn eines neuen Meßzyklus darstellt,
Empfangen der zurückkehrenden oder Echo-Sonar-Signale mit wenigstens einem Empfangs-Wandler und Umsetzen der empfange-
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nen Sonar-Signale in ein empfangenes elektrisches Ausgangssignal mit einer Amplitude entsprechend der Stärke der
empfangenen Echo-Sonar-Signale, und
Verringern des Dynamik-Bereiches der empfangenen elektrischen Signale, um dadurch ein gepreßtes elektrisches Ausgangssignal eines verringerten Dynamik-Bereiches zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor:
Periodisches Abtasten des gepreßten elektrischen Signales innerhalb jedes Meßzyklus, um eine Folge von Abtastsignalwerten zu erzeugen,
Bestimmen der Höhe der Sende- und der Empfangseinrichtung über dem Gewässerboden aus den Abtastwerten,
aus den Abtastwerten Erzeugen einer Folge linearer
Datenwerte, die einer Kartographie der abgetasteten Signale entsprechen, auf einer Folge gleich beabstandeter Stellen entlang einer den Gewässerboden darstellenden waagrechten
Achse, wobei dieses Erzeugen abhängig von der Höhe der Sende- und der Empfangseinrichtung über dem Gewässerboden erfolgt , und
Anzeigen der linearen Datenwerte auf einer Anzeigeeinrichtung, um die Draufsicht-Anzeige der Gewässerboden-Topographie zu bilden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorgesehen:
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Wiederholtes Bestimmen der Geschwindigkeit des Sende-Wandlers bezüglich des Gewässerbodens,
daraus Erzeugen eines Linien-Zählerstandes, der jeder Linie der linearen Daten zugeordnet ist, und
Anzeigen jeder Linie der linearen Daten in einer Anzahl, die durch den zugeordneten Linien-Zählerstand bestimmt ist.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung hat ein Anzeige- oder Sichtgerät zum Anzeigen aufeinander folgender Linien der Daten:
Einen Speicher zum Speichern jeder aufeinander folgenden Linie der Daten,
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Linien-Zählerstandes, der jeder Linie der Daten zugeordnet ist, und
eine Einrichtung zum Anzeigen jeder aufeinander folgenden Linie der Daten in einer Anzahl der aufeinander folgenden Linien der Anzeige, wobei die Anzahl der Linien dem Linien-Zählerstand entspricht.
Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, wobei die abgetasteten Signale innerhalb jedes Meßzyklus durch S(n) bezeichnet sind, mit η = 0, 1,2, ...,N; die bestimmte Höhe ist h; der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S(n) hat den Wert R . Der lineare Daten-Generator hat dann
eine Einrichtung zum Erzeugen einer Fehlerfunktion e'
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oder e im wesentlichen in dor Form:
n,x i=l j=H+l
oaer
en,x = i=l " j=H+l
mit η = 1., 2 , . . ., N;
H = h · N . unä χ =o, 1, 2, ...; und
eine Einrichtung zum Erzeugen linearer Daten S1(x) mit x=0, 1, 2, ..., entsprechend der Vorschrift
S1 (x) = S(n) für alle χ und n, so daß entweder
e1 < 0 und e' Λ > 0
η,χ η-1,X
(das auch wie folgt geschrieben werden kann: e1 < 0 ^ e1 1 ) oder
en,x<0 und en-1fx>0
(das auch wie folgt geschrieben werden kann: e <0 ^ e Λ ) vorliegt.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen einer linearen
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Draufsieht-Anzeige eines Gewässerbodens mit einem Seitenabtast-Sonar-Signalgerät haben also
eine Schaltung zum wiederholten Bestimmen der Höhe der Sende-Quelle bezüglich des Gewässerbodens,
eine Schaltung zum Abtasten der Echo-Sonar-Signale, und
eine Schaltung, die aus der Höhen-Bestimmung und den abgetasteten Signalen die Neigungsbereich-Korrektur, die für eine lineare Ausgangsanzeige benötigt wird, wenigstens in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Bewegung der Sende-Quelle erzeugt.
Das Verfahren und die Vorrichtung haben außerdem Bauelemente zum Bestimmen der Geschwindigkeit der Sende-Quelle und zum Erzeugen einer eineindeutigen linearen Lageverhältnis-Draufsicht der Gewässerboden-Topographie. Außerdem sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Anzeige und zur Durchführung der kartographischen Umwandlung vorgesehen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Seitensicht eines typischen Seitenabtast-Sonar-Gerätes,
Fig. 2 in zwei Teilen, nämlich Fig. 2A und 2B, ein elektrisches Blockschaltbild mit dem Signalablauf durch die elektrische Schaltung an Bord des Schiffes nach der Erfindung,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen dem Schleppkörper und einer Signal-Echo-Stelle auf dem Gewässerboden,
Fig. 4 die zeitliche Abhängigkeit einer Winkelkorrektur für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 ein Steuerungsdiagramm für das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 ein Flußdiagramm für den Betrieb des Mikroprozessors nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Neigungsbereich-Korrektur.
In Fig. 1 hat ein typisches Seitenabtast-Sonar-Gerät ein Schiff 10, das einen Schleppkörper 12 schleppt. Der Schleppkörper ist mit dem Schiff 10 über ein elektromechanisches Kabel 14 verbunden. Der Schleppkörper hat Backbord- und Steuerbord-Sende-Wandler 20, die auf einen Befehl vom Schiff die Backbord- und Steuerbord-Seitenabtast-Sonar-Schall-Ausgangssignale erzeugen, und Backbord- und Steuerbord-Sonar-Empfangs-Wandler 22, die die empfangenen Sonar-Signale in empfangene elektrische Signale umsetzen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Empfangs- und die Sende-Wandler für jede Seite des Schleppkörpers in einen einzigen Wandler zusammengefaßt. Zur Vereinfachung der Darstellung werden sie jedoch in der Beschreibung und den Ansprüchen getrennt behandelt.
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Die Sende-Wandler 20 senden gerichtete Schall-Impulssignale aus, wobei ein Schallsignal auf die Steuerbord-Seite des Schleppkörpers und ein zweites Schallsignal auf die Backbord-Seite des Schleppkörpers gerichtet ist. Die Schallsignale sind jeweils im wesentlichen eben, in einer senkrechten Ebene justiert und zum Gewässerboden 23 gerichtet.
Die Backbord und die Steuerbord gesendeten Schall— Signale strahlen von den Wandler-Quellen nach außen. Wenn die Signale auf eine Reflexionsfläche auftreffen, die z. B. ein Fisch oder der Gewässerboden sein kann, wird ein Teil der einfallenden Energie reflektiert, und im wesentlichen in allen Zeitpunkten wird etwas Energie zu den Empfangs-Wandlern reflektiert. Diese rückgestreuten Schallsignale werden durch die Backbord- und Steuerbord-Empfangs-Wandler 22 an Bord des Schleppkörpers empfangen, in elektrische Signale umgesetzt und an die elektronische Ausrüstung an Bord des Schiffes 10 abgegeben.
Im allgemeinen ändert sich bekanntlich die Energiedichte der Sonar-Echosignale abhängig von zahlreichen Faktoren. Diese Faktoren umfassen die durch das Wasser zurückgelegte Entfernung (Absorptionsverlust und Strahl-Streuung), die Reflexion an der Oberfläche, die Umgebungsbedingungen im Wasser, die Art des Gewässerbodens, die Objekte auf dem Gewässerboden, den Einfallswinkel und die räumliche Ungleichmäßigkeit des gesendeten Signales. Als Ergebnis dieser Faktoren, die von der durch das Sonar-Signal zurückgelegten Entfernung abhängen, haben die Echo-Sonar-Signale einen beträchtlichen Dynamik-Bereich in der Größenordnung von 120 db oder mehr. Folglich (vgl. unten) müssen die empfangenen Signale kompensiert und im Dynamik-Bereich gepreßt werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das genau an einen Drucker an Bord des Schiffes mit einem Dynamik-
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Bereich von ca. 20 bis 30 db angepaßt ist.
In Fig. 2 hat die Elektronik beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Mikroprozessor, der in Software verschiedene oft verwendete arithmetische Logik-Funktionen und Ablauf-, oder Organisations—Betriebsarten enthält. Diese Funktionen und Betriebsarten können auch in Hardware ausgeführt werden; jedoch wird der Mikroprozessor verwendet und bevorzugt, da er gegenüber der Hardware-Ausführung einen merklichen Kostenvorteil bringt und anpassungsfähiger ist. Selbstverständlich können zahlreiche Hardware-Funktionen, die weiter unten im Zusammenhang mit der Elektronik der Fig. 2 erläutert sind, auch in Software in z. B. einem Mikroprozessor ausgeführt werden. Um jedoch das gesamte Elektronik-Steuerungs- und Signal-Verarbeitungssystem in Echtzeit zu betreiben, erscheint die weiter unten erläuterte Wechselbeziehung und Trennung der Funktionen am vorteilhaftesten zu sein.
In Fig. 5 ist der Meßzyklus durch die Zeitdauer zwischen Meßzyklus-Startimpulsen 24 festgelegt. Während dieser Zeitdauer wird ein Impuls-Ausgangssignal von den Sende-Wandlern 20 ausgelöst, und die reflektierten Echosignale werden durch Empfangs-Wandler 22 empfangen. Gleichzeitig (vgl. unten) erfolgt die Datenübertragung zum und vom Mikroprozessor, und die Drucker-Daten werden erzeugt.
Der Betrieb der Elektronik wird erfindungsgemäß durch den Meßzyklus-Start-Signalimpuls 24 ausgelöst, der durch einen Trigger- oder Ansteuergenerator 30 über eine Leitung 32 erzeugt wird. Die Folgefrequenz, bei der die Start-Signalimpulse 24 auf der Leitung 32 auftreten, wird durch den Generator 30 abhängig von dem gewählten Bereich oder Abstand bestimmt, über dem das Sonar betrieben werden soll. Der Bereich wird
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durch eine äußere Steuerung 33 eingestellt, die mit dem Generator 30 über eine Leitung 34 verbunden ist. Die Steuerung 33 liegt vorzugsweise auf einer (nicht dargestellten) Frontplatte oder Konsole.
Jeder Startimpuls an der Leitung 32 signalisiert daher den Beginn eines Meßzyklus. Jeder Start-Signalimpuls an der Leitung 32 löst einen Ansteuerimpuls von einem Ansteuer-Impulsgenerator 35 aus, und der Ansteuerimpuls liegt an einer Leitung 36, um ein Sonar-Ausgangsimpulssignal von den Schleppkörper-Sende-Wandlern 20 auszulösen. Der Startimpuls auf der Leitung 32 löst auch den Betrieb von TVG-Verstärkern 38 und 40 aus, die jeweils die Auslöse-Eingangsdaten-Signal-Pressung für die Analog-Steuerbord- und Backbord-Echosignale auf den Leitungen 42 und 44 vom Schleppkörper über das Kabel 14 durchführen. Ein Codierer 45 empfängt auch den Signal-Start-Impuls.
Zusätzlich zur Erzeugung der Backbord- und Steuerbord-Daten über die Leitungen 44 und 42 ist der Schleppkörper weiterhin entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem üblichen Geschwindigkeitsfühler ausgestattet, dessen Ausgangssignal an einer Leitung 46 verfügbar ist. Der Geschwindigkeitsfühler speist ein Impulssignal in die Leitung 46, und die Schleppkörper-Geschwindigkeit wird durch die Folgefrequenz des Analog-Impulssignales bestimmt. Auf diese Weise stellt jeder Impuls eine bekannte Entfernung des Schleppkörper-Weges dar.
Die TVG-Verstärker 38 und 40 sind von herkömmlicher Art. Sie verringern den Dynamik-Amplitudenbereich der empfangenen Eingangs-Analog-Daten über den Leitungen 42 und 44 von jeweils der Steuerbord- und Backbord-Seite der Sonar-Empfänger auf dem Schleppkörper. Entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugen die TVG-Verstärker 38 und 40 in vor-
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teilhafter Weise Ausgangssignale über Leitungen 48 bzw. 50 entsprechend einem vorprogrammierten Verstärkungsfaktor, der eine gewählte Funktion der Zeit ist. Es können übliche TVG-Verstärker verwendet werden; ein bevorzugter Verstärker ist jedoch in der am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichten Anmeldung der gleichen Anmelderin beschrieben. Die dargestellten TVG-Verstärker 38 und 40 lösen abhängig von jedem Zyklus-Start-Impulssignal auf der Leitung 32 vom Ansteuergenerator 30 eine voreingestellte zeitabhängig geregelte Verstärkung aus, die an die üblichen Sonar-Signal-Gleichungen angepaßt ist (vgl. z. B.: ürick: "Principles of Underwater Sound", 2. Ausgabe, McGraw-Hill, 1975, Abschnitt 8.5). Die TVG-Verstärker erzeugen entsprechend einen kleineren Verstärkungsfaktor für frühe Echosignale (Signale, die näher zu der Zeit empfangen werden, bei der der Impulsgenerator das Sonar-Quellen-Schall-Ausgangssignal auslöst) und einen größeren Verstärkungsfaktor für Echosignale von späteren Echosignalen (Signale, die von entfernteren Stellen zurückkehren). Damit kompensieren die Verstärker 38 und 40 in erster Näherung die durch den Durchgang der Schallenergie durch ein Fluidmedium (Wasser) und den Einfluß der Strahl-Streuung hervorgerufene Dämpfung. Das Ausgangssignal der TVG-Verstärker hat insbesondere einen Dynamik-Bereich kleiner als 60 db. Der genaue Betrieb der dargestellten TVG-Verstärker 38 und 40 ist in der oben erwähnten Patentanmeldung beschrieben.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel empfangen logarithmische Verstärker 52, 54 die Ausgangssignale der TVG-Verstärker 38 und 40 über Leitungen 48 bzw. 50 und erzeugen Ausgangssignale über Leitungen 56 und 58. Die logarithmischen Verstärker 52 und 54 erzeugen eine Ausgangsspannung, die dem Logarithmus der jeweiligen Eingangsspannungen entspricht. Der wirksame Dynamik-Bereich der Backbord- und Steuerbord-Daten-Signale wird weiter-
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hin auf ca. 35 db verringert.
Die logarithmischen Ausgangssignale haben zwei bedeutende Vorteile zusätzlich zu einem weiter verringerten Dynamik-Bereich. Hauptsächlich erzeugen die logarithmischen Verstärker ein Ausgangssignal, in dem gleiche Amplitudenänderungen gleichen sichtbaren Helligkeitsänderungssignalen über Leitungen 48 und 50 entsprechen, wenn diese Änderungen durch das menschliche Auge wahrgenommen werden. Dies erhöht die Qualität der Ausgangsaufzeichnung. An zweiter Stelle ist durch die Verarbeitung des Logarithmus des empfangenen Signales die multiplikative Einstellung, wie z.B. Korrekturen des Verstärkungsfaktors, durch die additive Übertragung des logarithmischen Signales bequemer. (Es sei daran erinnert, daß log χ'γ = log χ + log y.)
Zusätzlich zu dem durch den logarithmischen Verstärker 54 auf der Leitung 58 erzeugten logarithmischen Backbord-Signal-Datenwert erzeugt der Codierer 45 abhängig von dem Ansteuersignal auf der Leitung 32 ein codiertes Signal, das auf der Leitung 58 multiplext ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das "Multiplexen" aus dem direkten Verbinden des Codierer-Ausganges mit der Leitung 58. Das codierte Signal wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel später verwendet, um die Zeit zu bestimmen, in der der Zyklus-Auslöse-Ansteuerimpuls auftritt, und damit, um den Beginn jedes Seitenabtast-Meßzyklus festzulegen.
Die logarithmischen Analog-Daten auf den Leitungen 56 und 58 und das Geschwindigkeits-Daten-Impulssignal auf der Leitung 46 werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Vielspur-Analog-Band-AufZeichnungsgerät 62 für
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späteres Rückspielen empfangen und aufgezeichnet. Die Analog-Band-Aufzeichnungsgerät-Eingangssignale sind auch nach einer festen Verzögerung, die durch das Band-Aufzeichnungsgerät eingestellt ist, über Leitungen 62, 66 und 68 verfügbar. (Die Leseköpfe des Analog-Band-Aufzeichnungsgerates erzeugen die verzögerten Ausgangssignale durch Lesen der Signale, die zuvor in das Vielspur-Analog-Band-Aufzeichnungsgerät eingeschrieben wurden.) Wenn alternativ das Analog-Band-Aufzeichnungsgerät nicht verwendet wird, können die Leitungen 46, 56 und 58 jeweils direkt mit den Leitungen 64, 66 und 68 verbunden werden.
Die Geschwindigkeitsdaten werden vom Band-Aufzeichnungsgerät über eine Leitung 64 erzeugt und in einen Zähler 70 gespeist. Der Zähler 70 erzeugt wiederholt am Beginn jedes Meßzyklus abhängig von einem über eine Leitung 71 (vgl. unten) und über eine Leitung 71a erzeugten Taktsignal ein Binär-Ausgangssignal, das die gesammelte Anzahl der über die Leitung 64 empfangenen Zählerstand-Impulse darstellt. Der Binär-Zählerstand auf der Leitung 71a wird in einen Mikroprozessor 72 eingespeist, der die Differenz zwischen nacheinander eingespeisten Zählerständen bildet, um die Schleppkörper-Geschwindigkeit zu bestimmen. Der Mikroprozessor 72 kann von üblicher Bauart sein und ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Mikroprozessor 8080 der Firma Intel.
Die Steuerbord- und Backbord-Daten vom Analog-Band-Aufzeichnungsgerät 62 liegen über Leitungen 66 und 68 jeweils an Tiefpaßfiltern 74 und 76. Die Filter 74 und 76 speisen gefilterte Ausgangssignale über Leitungen 82 bzw. 84 zu Analog/Digital-Umsetzern (A/D-Umsetzern) 86 bzw. 88. Die Umsetzer 86 und 88 geben ihre Digital-Ausgangssignale jeweils über Leitungen 90 und 92 an einen Multiplexer 94 ab, der sein Aus-
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gangssignal über eine Leitung 96 zu einem Digital-Band-Aufzeichnungsgerät 98 speist.
Die Steuer-Einstellungen für den Teil der elektrischen Schaltung zwischen dem Analog- und dem Digital-Band-Aufzeichnungsgerät werden durch die von Hand einstellbare äußere Bereichssteuerung 33 zusammen mit einem Daten-Decodierer 99 bestimmt. Der Daten-Decodierer 99 empfängt die Backbord-Daten vom Analog-Band-AufZeichnungsgerät, decodiert die durch den Codierer 45 erzeugten Signale und speist wiederholt Ausgangssignalimpulse über eine Leitung 71 zu einem Abtastgenerator 100 und zum Zähler 70. Diese Signalimpulse entsprechen dem Beginn der Meßzyklen und legen diese fest. Die Bereichssteuerung erzeugt Signalpegel über ihre Steuerleitung 34, um die Bandbreite der Filter 74 und 76 festzulegen.
Der Abtastgenerator 100 erzeugt abhängig vom Decodierer-Ausgangssignal über der Leitung 71 (entsprechend dem Beginn eines Meßzyklus) eine Abtastimpulskette auf einer Leitung 101, wobei die Impulse eine feste Zeitdauer nach dem Auftreten des Decodierer-Ausgangssignales auf der Leitung 71 beginnen und beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine feste Folgefrequenz haben. Die Abtastimpulssignale sind so gleich beabstandet und entsprechen der Entnahme einer vorgewählten Anzahl von Abtastungen über der Mindestberexchexnstellung für die Vorrichtung. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden 900 Abtastungen über dem vorgewählten Bereich genommen; jedoch können in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung andere Abtastungen vorgesehen werden.
Bekanntlich bestimmt die Frequenz, mit der ein Signal abgetastet wird, das maximale Bandbreiten-Signal, das aus
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den abgetasteten Daten ohne Verzerrung wiedergewonnen werden kann. Dies ist das Nyquist-Abtast-Theorem. Die Filter 74 und 76 sind so aufgebaut, daß sie eine abhängig vom Bereichssteuerungssignal auf der Leitung 34 veränderliche Bandbreite haben; dadurch werden der Rauschabstand und die Verzerrung der Backbord- und Steuerbord-Daten möglichst klein gemacht. Die Filter-Bandbreite ist dann auf S/2T eingestellt, wobei T die Umlaufzeit eines Schallsignales zum eingestellten Bereich und S die Anzahl der Abtastungen im Zeitintervall T ist (S beträgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel 900, wie dies oben erläutert wurde). Dies legt dann beim dargestellten Ausführungsbeispiel die größte Auflösung der Backbord- und Steuerbord-Daten fest. Es verringert auch das Rauschen in den Daten und schließt Verzerrungen aus, wenn die Daten gedruckt werden.
Die Ausgangssignale der Filter 74 und 76 werden durch die A/D-Umsetzer 86 bzw. 88 zu Zeiten entsprechend jedem Abtastimpuls auf einer Leitung 101 abgetastet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erzeugt jeder Umsetzer ein Sechs-Bit-Binär- Ausgangssignal, das den Eingangssignalwert darstellt.
Die Abtast-Impulssignale auf der Leitung 101 betätigen auch ein Status- oder Zustand-Schieberegister 102, das zuvor durch den Mikroprozessor 72 mit Binär-Daten versorgt, entwickelt und bewertet wurde, um die Einstellungen der Ausrüstung darzustellen und eine Zustands-Information zu erzeugen. Das Schieberegister 102 wird vom Mikroprozessor 72 über eine Leitung 103 versorgt. Die Binär-Daten vom Schieberegister 102 stellen u. a. die Zeit und die Daten der Messung, die Schleppkörper-Geschwindigkeit usw. dar, und sie liegen vorzugsweise in Binär-Codierung vor. In zweckmäßiger Weise wird
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ein Sieben-Bit-Binär-Wort verwendet, das zwei Vier-Bit-BCD-Worte darstellt. Die Daten werden auf die sich ergebende Draufsicht des Gewässerbodens gedruckt.
Der Abtastgenerator 100 speist auch ein Taktimpuls-Ausgangssignal über eine Leitung 104 zum Multiplexer 94 und zum Digital-Band-AufZeichnungsgerät 98. Die Folgefrequenz des Takti-mpuls-Signales auf der Leitung 104 ist doppelt so groß wie die Folgefrequenz des Impulssignales auf der Leitung 101 aus Gründen, die weiter unten näher erläutert werden.
Der Multiplexer 94 mischt die Ausgangssignale des Schieberegisters 102 und der A/D-Umsetzer 86, 88 und versorgt das dargestellte Digital-Band-Aufzeichnungsgerät mit Acht-Bit-Eingangsworten über die Leitungen 96 zum Aufzeichnen und späteren Rückspielen (vgl. unten).
Wie aus dem Ablaufdiagramm der Fig. 5 folgt, kann angenommen werden, daß jede Meßzyklus-Zeitdauer eine Folge von drei sich nicht überlappenden Zeitintervallen enthält. Während des ersten Intervalls (Linie b) verläuft das Schallsignal vom Schleppkörper zur nächsten interessierenden Signal-Echofläche, d. h. zum Gewässerboden neben dem Schleppkörper, und kehrt zurück. Während des zweiten Intervalles (Linie c), die in der Fig. 5 mit T bezeichnet ist, werden gültige Echo-Sonar-Signale empfangen, und die Backbord- und Steuerbord-Daten werden verarbeitet. Das Ende dieses zweiten Intervalles wird durch die Bereichssteuerung eingestellt. Das übrige Zeitintervall (Linie d) stellt die Zeit dar, die zur Übertragung der Zustand-Information benötigt wird.
Das letzte Intervall dient so zur übertragung der die Zustand-Information darstellenden Binär-Daten vom Register
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102 zum Rest des Verarbeitungssystems. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden zweiunddreißig Acht-Bit-Worte, deren jedes sieben Bits einer Binär-Information und ein "Flagge"-Bit enthält, durch den Multiplexer 94 am Ende jedes Meßzyklus erzeugt. Während des zweiten Zeitintervalles werden die Echosignal-Amplitudendaten verarbeitet.
Der Multiplexer 94 format-steuert die Zustand-Register-Daten und die Backbord- und Steuerbord-Daten von den A/D-Umsetzern für eine Aufzeichnung durch das Band-Aufzeichnungsgerät. Das Binär-Ausgangssignal des Zustand-Schieberegisters liegt in sieben Bits zu einer Zeit vor (entsprechend zwei BCD-Zeichen), und das A/D-Ausgangssignal ist eine Sechs-Bit-Binärzahl. Das dargestellte Band-Aufzeichnungsgerät kann Acht-Bit-Daten aufzeichnen. Damit stellt der weiter unten zum Aussortieren der Daten als Buchhaltungsgerät verwendete Multiplexer 94 die A/D-Dateninformation in die sechs niederwertigsten Bits (sieben niederwertigsten Bits für die Zustand-Daten) des Aufzeichnungswortes und bezeichnet die Inhalte des Wortes durch einen Code im höchstwertigsten Bit. Auf diese Weise kann z. B. das höchstwertige Bit die Zustands-Daten oder die Analog/Digital- Ausgangs-Daten bestimmen, und im Fall der Analog/Digital-Ausgangs-Daten kann das zweite höchstwertige Bit die Backbord- und Steuerbord-Daten unterscheiden. Daraus folgt, daß das Band-Takt-Signal (auf der Leitung 104) doppelt so groß wie die Abtast-Impulsfrequenz (auf der Leitung 101) sein muß, um den Synchronismus zwischen den ankommenden Steuerbord- und Backbord-Daten und der Verarbeitung dieser Daten in Echtzeit durch den Mikroprozessor aufrechtzuerhalten.
Zur Verarbeitung der Vorrichtung in Echtzeit ist eine verzögerte Form der Digital-Eingangsdaten über die Leitungen 105 und 106 vorgesehen, und Takt- oder Abtast- bzw. Strobe-
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Signale entsprechend jedem aufgezeichneten Wort werden auf einer Leitung 108 erzeugt. Wenn alternativ das Band-Aufzeichnungsgerät nicht verwendet wird, können die Leitungen 96 und 104 direkt mit den Leitungen 105/106 bzw. 108 verbunden sein.
Jedes Acht-Bit-Band-Ausgangs-Datenwort wird so geteilt, daß die sechs niederwertigsten Bits über die Leitungen 105 (zu einem Binär-Addierer 110 und zu Demultiplexern 112 und 114) verfügbar sind, und die beiden höchstwertigen Bits jedes Band-Ausgangs-Datenwortes, nämlich die Bits, die die Klasse oder den Typ der durch das Wort getragenen Daten-Information bezeichnen (Backbord, Steuerbord oder Zustand-Information), sind über Leitungen 106 zu den Demultiplexern 112 und 114 verfügbar, (Wenn das höchstwertige Bit ein Zustand-Wort bezeichnet, stellt das zweite höchstwertige Bit einen Teil der Binär-Daten dar.) Das Takt-Abtasten vom Band-Aufzeichnungsgerät ist über eine Leitung 108 mit einem zweiten Abtastgenerator 115 und einem Winkel-Korrekturglied 118 verbunden. Der Abtastgenerator 115 speist ein Takt-Ausgangssignal über eine Leitung 108a zu Dual-Schiekeregister-Puffern 116, 117 und zu einem Randanreicherungsglied 119.
Der zweite Abtastgenerator 115 erzeugt abhängig von den Taktsignalen auf der Leitung 108 eine Impulskette auf der Leitung 108a, die durch ein Bereichssteuerungs-Eingangssignal von der Steuerung 33 über die Leitungen 34 bestimmt ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bereich auf im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches des Mindestbereiches beschränkt, von dem die ursprüngliche Abtastfrequenz eingestellt wurde. Wenn auf diese Weise der Bereich auf den doppelten Wert des Mindestbereiches eingestellt wurde, beträgt das Impulsfrequenz-Ausgangssignal vom Generator 115 eine Hälfte der ursprünglichen Impulsfrequenz, und eine Hälfte der abgetasteten Daten
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■DO
wird gelöscht. Da jedoch die Daten format-gesteuert sind, so daß sich die Backbord- und die Steuerbord-Daten auf der Leitung 105 abwechseln, sind die Impulse auf der Leitung 108a nicht gleich beabstandet. In anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene Möglichkeiten zum Wiedergewinnen der abgetasteten Daten verwendet werden, um eine größere Anpassungsfahxgkext bei der Einstellung des Bereiches zu erzielen.
Wenn den obigen Ausführungen gefolgt wird, können einige oder die meisten der Zustand-Daten verloren werden. Daher ist der Generator 115 so angeordnet, daß er einen letzten Block der Taktimpulse für jeden Meßzyklus leitet, nämlich zweiunddreißig beim dargestellten Ausführungsbeispiel, was die Vollständigkeit der Zustand-Daten bewahrt, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
Zunächst wird auf den Datenverarbeitungskanal eingegangen, der mit dem Demultiplexer 112 beginnt; die über die Leitungen 105 empfangenen Backbord- und Steuerbord-Daten, wie dies durch die Auswahl-Daten auf den Leitungen 106 angezeigt ist, werden demultiplext oder getrennt und mit einer vollen Sechs-Bit-Genauigkeit über Ausgangsleitungen 120 bzw. 122 zu einem Wähler 124 gespeist. Der Wähler 124 spricht auf einen äußeren Steuerbord-Backbord-Schalter 125 an, der auf der (nicht dargestellten) Front-Steuerplatte der Vorrichtung angebracht ist. Der Schalter 125 wählt die Daten (d. h. Backbord- oder Steuerbord-Daten), die in einer herkömmlichen Seitenabtast-Sonar-Kurve auf dem Ausgangsdrucker-Bild angezeigt werden. Das Ausgangssignal des Wählers 124 auf einer Leitung 126 ist die drei höchstwertigen Daten-Bits der gewählten Daten, und es erzeugt so acht Pegel von grau auf der Ausgangsanzeige. Das Drei-Bit-Ausgangssignal liegt am Dual-Schiebe-
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register 116 und ist in diesem gespeichert; dessen Betrieb wird weiter unten näher erläutert.
Die Backbord- und Steuerbord-Ausgangssignale des Demultiplexers 112 liegen auch an einer Bodenerfassungs-Logik 128, die ein Ausgangssignal erzeugt, mit dem die Vorrichtung die Höhe des Schleppkörpers über dem Gewässerboden bestimmt. Die bestimmte Höhe dient in der späteren Verarbeitung zur Erzeugung von Winkelkorrekturen der Backbord- und Steuerbord-Eingangsdaten. Die dargestellte Bodenerfassungs-Logik 128 speist einen Ein-Bit-Binär-Ausgangssignal-Pegel über eine Leitung 130 zum Dual-Schieberegister 116. Das Ein-Bit-Ausgangssignal ist in einem ersten Zustand, z. B. eine binäre Eins, wenn die Amplitude der Backbord- und Steuerbord-Daten jeweils einen ,voreingestellten Schwellen-Amplitudenwert überschreitet, und es ist im anderen Zustand, d. h. beispielsweise eine binäre Null, wenn die Amplitude einer der eingespeisten Backbord- oder Steuerbord-Daten kleiner als der voreingestellte Schwellenwert ist. Der Schwellenwert wird von einer Frontplatten-Steuerung 131 eingestellt. Die Logik 128 erfordert so, daß die Stärke auf den backbord- und steuerbord- empfangenen Daten jeweils einen gewissen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, bevor eine binäre Eins abgegeben wird, und die Vorrichtung arbeitet dann aufgrund der Annahme, daß die Rückstrahlungen vom Gewässerboden kommen, wenn die empfangenen Daten vom Backbord- und vom Steuerbord-Kanal zuerst den Schwellenwert überschreiten. Das dargestellte Ausgangssignal auf der Leitung 130 besteht so aus einer Folge von "1" und "0", wobei die Folge zunächst einen binären Eins-Pegel in einer Zeit aufrechterhält, die den ersten empfangenen Rückstrahlungen vom Gewässerboden entspricht. Auf diese Weise können Echosignale von Wasser-Säulen-Daten, wie z. B. einem Fisch, Blasen, usw., aufgenommen werden, und es ist eine ge-
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naue Bestimmung der Schleppkörper-Höhe möglich.
Der Dual-Schieberegister-Puffer 116 gibt gleichzeitig die Signale über die Leitungen 126 und 130 in jedem Taktzyklus (durch den Takt auf der Leitung 108a bestimmt) ab und macht dieses Ausgangssignal für den Mikroprozessor 72 über die Leitungen 132 während des nächsten Meßzyklus verfügbar (vgl. unten). Das Dual-Schieberegister 116 hat zwei Schieberegister, so daß, während ein Schieberegister die Daten auf den Leitungen 126 und 130 speichert, das andere Schieberegister die während des vorhergehenden Meßzyklus gespeicherten Daten zum Mikroprozessor speist. Damit wechseln in aufeinander folgenden Meßzyklen die Schieberegister ihre Rollen.
Der zweite Verarbeitungskanal, der mit dem Addierer 11O beginnt, speist amplitudeneingestellte und kompensierte Backbord- und Steuerbord-Daten zum Mikroprozessor 72. Der gepreßte Sechs-Bit-Backbord- und Steuerbord-Datenwert, der zum Addierer über die Leitung 105 gespeist ist, wird entsprechend einem Winkelkorrekturfaktor auf der Leitung 134 vom Korrekturglied 118 korrigiert. Die Winkelkorrektur beruht auf der Schleppkörper-Höhe, die vom Mikroprozessor 72 während des vorhergehenden Meßzyklus bestimmt ist. Die Winkelkorrektur erfolgt in Hardware durch das Winkel-Korrekturglied 118, das im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Binär-Zahl über seine Ausgangsleitung 134 zum Addierer 110 speist. Das Ausgangssignal des Addierers 110 ist die Binär-Summe der Eingangssignale an der Leitung 104 und der Leitung 134r und das Ausgangssignal auf der Leitung stellt die Backbord- und Steuerbord-Daten dar, die gegenüber dem Einfallswinkel und ebenen üngleichmäßigkeiten des Strahlungsmusters kompensiert sind.
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Das Winkelkorrekturglied 118 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Zweirichtungszähler, der auf einen anfänglichen Zählerstand am Beginn jedes Meßzyklus eingestellt und hart verdrahtet ist, um einem festen Weg abhängig von den Taktimpulsen auf der Leitung 108 zu folgen. (Es sei daran erinnert, daß diese Impulse im dargestellten Ausführungsbeispiel eine feste, bekannte Taktfrequenz haben.) Das Ausgangssignal des Gliedes 118 ist als Funktion des Winkels oc (vgl. Fig. 3) auf der Abszisse in Fig. 4 dargestellt. Da
oc = arc sin
vw
vorliegt, mit
h = Höhe des Schleppkörpers,
ν = Geschwindigkeit des Schallsignales im Fluid-Medium, und
t = eine Hälfte der Umlaufzeit,
kann die Winkelkorrektur direkt berechnet werden, um den Zähler zu steuern. Die bestimmte Korrektur ist in Fig. 4 für einen Schleppkörper des Typs 272 der Firma EG & G aufgrund eines typischen Gewässerboden-Modells für den Einfallswinkel aufgetragen.
Das Randanreicherungsglied 119 empfängt das Ausgangssignal des Addierers 110 und leitet abhängig von der Stellung eines auf der Frontplatte der Vorrichtung angebrachten Betriebsart-Schalters 139 entweder das ungeänderte Eingangssignal oder
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erzeugt eine differenzierende Funktion, um den Rand der Daten für eine Betonung der Objekte zu steigern, die sonst aufgrund eines relativ geringen Kontrastes im Ausgangsbild vernachlässigt werden können. Das Signal vom Betriebsart-Schalter wird über eine Leitung 14O zum Randanreicherungsglied 119 gespeist.
Das Sechs-Bit-Ausgangssignal des Randanreicherungsgliedes 119 liegt über eine Leitung 142 an einem zweiten Binär-Addierer 144. Der Binär-Addierer 144 addiert eine Binärzahl (die positiv oder negativ sein kann) zu jedem Abtastpunkt, um dadurch ein Erhellen oder Abdunkeln der Ausgangsaufzeichnung zu bewirken. Eine Helligkeitssteuerung 145, nämlich eine auf der Frontplatte der vorrichtung angebrachte Handsteuerung, speist ein Binär-Steuersignal über eine Leitung 14b zum Addierer 144.
Das Sechs-Bit-Ausgangssignal des Addierers 144 liegt über eine Leitung 147 an einem programmierbaren Festspeicher mit wahlfreiem Zugriff (PROM) 148. Der PROM 148 empfängt auch Binär-Eingangssignale von einem Kontrast-Steuerglied 149 und einem Positiv/Negativ-Polaritätsschalter 150 über Leitungen 151. Das Steuerglied 149 und der Schalter 150 sind beide auf der Frontplatte angebracht. Der PROM 148 speist mittels einer Nachschlagtabellen-Näherung ein Vier-Bit-Binär-Ausgangssignal über eine Leitung 152 zum Demultiplexer 114. Das Ausgangssignal auf der Leitung 152 kann daher geändert werden, um eine positiv oder negativ gedruckte Aufzeichnung zu erzeugen, und die Aufzeichnung kann einen niederen oder hohen Kontrast aufweisen, der durch die kontinuierlich veränderliche Kontrast-Steuerung 150 eingestellt ist. Der PROM 148 multipliziert so wirksam die (über eine Leitung 147) ankommenden Daten mit einem veränderlichen
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Multiplikationsfaktor.
Das Ausgangssignal des PROM auf einer Leitung 152 stellt die sich abwechselnden Backbord- und Steuerbord-Daten dar und wird durch den Demultiplexer 114 demultiplext. Die Backbord-Daten liegen über eine Leitung 154 und die Steuerbord-Daten über eine Leitung 156 zur Speicherung am Dual-Schieberegister-Puffer 117. Das Dual-Schieberegister 117 enthält wie das Register 116 zwei getrennte Schieberegister, so daß ein Register gefüllt sein kann, während das andere Register leer ist. Die kompensierten und geänderten Backbord- und Steuerbord-Daten sind so für den Mikroprozessor 72 über die Leitung 158 während des nächsten Meßzyklus verfügbar.
Während des Teiles des letzten Zeitintervalles des Meßzyklus, während dem die den System-Zustand darstellenden Binär-Daten erzeugt werden, nimmt der Demultiplexer 114 abhängig vom Bit-Muster über die Leitung 106 als sein Eingangssignal die Daten auf der Leitung 105 und das nächste Bit zum höchstwertigen Bit auf der Leitung 106 an und speist diese Sieben-Bit-Daten auf den Leitungen 154 und 156 zum Schieberegister 117. Auf diese Weise versorgt das Schieberegister 117 den Mikroprozessor 72 mit einer "Linie" von Daten jedes Meßzyklus, wobei die "Linie" 32 (8-Bit) Worte der Zustands-Daten aufweist und der Rest der Linie abwechselnde Backbord- und Steuerbord-Amplituden-Daten sind.
Der Mikroprozessor 72 ist in Software programmiert, um eine lineare ebene Karte mit vorzugsweise einem eineindeutigen Lageverhältnis aus den über die Leitung 158 empfangenen kompensierten und geänderten Backbord- und Steuerbord-Daten zu erzeugen. Der Mikroprozessor 72 erzeugt gleichzeitig die
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Zustand-Information, die über eine Leitung 103 zum Zustand-Schieberegister 102 gespeist ist, in einer mit dem möglichen Aufzeichnungs-Ausdruck kompatiblen Form. Der Mikroprozessor erzeugt auch aus dem Bodenerfassungs-Logik-Eingangssignal die Schleppkörper-Höhe und macht diese über die Leitung 135 für das Winkel-Korrekturglied 118 verfügbar- Zusätzlich empfängt der Mikroprozessor auch die Geschwindigkeitsinformation vom Geschwindigkeits-Zähler 70 über die Leitung 71a und berücksichtigt diese beim Erzeugen der Drucker-Steuer-Signale. Abhängig vom Daten-Eingangssignal versorgt der Mikroprozessor 72 ein Bild-Drucker-Stellglied 70 und einen Bild-Drucker-Puffer 172 mit der zum Betrieb eines Bild-Druckers 174 erforderlichen Signal-Information, so daß eine lineare Draufsicht mit eineindeutigem Lageverhältnis des Gewässerbodens angezeigt wird. Unter "linearer Draufsicht" wird verstanden, daß gleiche Abstandsänderungen entlang einer Achse der Anzeige gleiche Abstandsänderungen auf dem Gewässerboden (der waagrecht angenommen wird) darstellen. Unter "eineindeutigem Lageverhältnis" wird angenommen, daß gleiche Abstandsänderungen in einer beliebigen Richtung auf der Anzeige gleichen Abstandsänderungen auf dem Gewässerboden entsprechen.
Der Drucker-Puffer 172 hat wie die Dual-Schieberegister 116, 117 zwei Speicherelemente oder Register 172a, 172b, so daß während jedes Meßzyklus ein Register Daten empfängt, während das andere Register während eines vorhergehenden Meßzyklus empfangene Daten für den Bild-Drucker verfügbar macht. Auf diese Weise versorgt während jedes Meßzyklus der Mikroprozessor 72 ein gewähltes Drucker-Puffer-Register über eine Leitung 176 mit den genau format-gesteuerten Binärdaten, die die Linie (n) beschreiben, die während des nächsten Meßzyklus
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gedruckt wird. Zusätzlich versorgt der Mikroprozessor das Drucker-Stellglied 170 mit einem Linien-Zählerstand, der die Anzahl bezeichnet, mit der die zum Drucker-Puffer 172 während des nächsten Meßzyklus gespeisten Binär-Daten während des nächsten Meßzyklus gedruckt werden. Der Drucker-Puffer macht während jedes nächsten Meßzyklus und abhängig von Signalimpulsen auf der Leitung 179 vom Drucker die während des vorhergehenden Meßzyklus empfangene Datenlinie für den Bild-Drucker 174 über die Leitung 180 verfügbar,und er macht sie gegebenenfalls in einer Anzahl entsprechend dem zugeordneten Linien-Zählerstand wiederholt verfügbar. So ändern in abwechselnden Meßzyklen die beiden Puffer-Register 172a, 172b des Drucker-Puffers 172 die Funktionen; ein Puffer empfängt die Binär-Daten vom Mikroprozessor, während der andere Puffer Binär-Daten zum Bild-Drucker über die Leitung 180 speist. . " .
Das Drucker-Stellglied 170 steuert die Linienoperation des Bild-Druckers 174 durch Impulssignale auf der Leitung 182. Abhängig von jedem Impulssignal auf der Leitung 182 (die Anzahl der Impulssignale innerhalb eines Meßzyklus ist gleich der Anzahl, mit der die Datenlinie im Puffer 172 wiederholt wird) fragt der Bild-Drucker 174 den Puffer 172 über die Leitung 179 und druckt die vom Puffer über die Leitung 180 verfügbaren Daten. Ein bevorzugter Drucker ist der Typ ANAC 912, der von der neuseeländischen Firma ANAC hergestellt wird.
Nachdem so das allgemeine Operationssystem nach der Erfindung erläutert wurde, soll im folgenden anhand des Flußdiagrammes der Fig. 6 näher auf den Mikroprozessor-Betrieb eingegangen werden. Am Beginn jedes Meßzyklus empfängt der Mikroprozessor ein Unterbrechungssignal 200, das den Betrieb des Prozessors nach dessen gespeichertem Programm auslöst. Die Unterbrechung kann entweder vom Decodierer 99 über die Leitung 71 (wenn das Analog-Band-AufZeichnungsgerät oder der Schleppkör-
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per die Daten-Quelle ist) oder vom Abtastgenerator 115 über eine Leitung 202 (wenn das Digital-Band-Aufzeichnungsgerät die Quelle des Meßzyklus ist) kommen. Der Mikroprozessor speist dann zum Winkel-Korrekturglied 118 über die Leitung 135 Binär-Daten entsprechend der Höhe des Schleppkörpers über dem Gewässerboden (vgl. den Block 204),
Wenn die Daten-Quelle entweder der Schleppkörper oder das Analog-Band-AufZeichnungsgerät ist, werden das Ausgangssignal des Geschwindigkeitszählers 70 auf der Leitung 71a und die Bereichseinstellung von der Steuerplatte über die Leitung 34 gelesen und in einem Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) des Mikroprozessors gespeichert, was in Fig. 6 durch "Lesen und Speichern" in einem Block 206 angedeutet ist. Der programmierte Mikroprozessor prüft dann die Steuerplatte für die Eingabe zusätzlicher Daten, die, wenn verfügbar, in bestimmten RAM-Stellen gespeichert sind, und danach bringt der Mikroprozessor die gespeicherten Zeit-Daten auf den neuesten Stand. Dies ist in Fig. 6 durch Blöcke 208 angedeutet.
Wenn das Digital-Band-AufZeichnungsgerät nicht die Eingangs-Quelle ist, werden die Daten, die im Speicher-Register 117 gespeichert sind, das im folgenden als MAP-Puffer bezeichnet wird, zum Beginn der Sonar-Daten vorgerückt (verschoben); die gelesenen und vom Tastenfeld eingegebenen sowie im Schreib-Lese-Speicher gespeicherten Daten werden zu einem Teil des RAM übertragen, der für eine numerische Anzeige reserviert ist. Dies ist in Fig. 6 durch Blöcke 210 angedeutet. Wenn andererseits das Digital-Band die Daten-Einspeisung erzeugt, werden die Eingangs-Zustands-Daten vom anfänglichen Teil des MAP-Puffers entnommen und in dem Teil des RAM gespeichert, der
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für das numerische Anzeige-Ausgangssignal reserviert ist. Dies ist durch einen Block 212 angedeutet.
Sodann werden die Daten im Dual-Schieberegister 116, das im folgenden als Profil-Puffer bezeichnet wird, zum Beginn der Drei-Bit-Sonar-Daten vorgerückt, und die Sonars') Daten vom Profil-Puffer werden zu einem Teil eines als PIXEL RAM bezeichneten Schreib-Lese-Speichers mit wahlfreiem Zugriff übertragen. Dies ist durch einen Block 214 angedeutet. Der Mikroprozessor bestimmt dann eine neue Höhe aus den vom Profil-Puffer empfangenen Daten und speichert diese Bestimmung in den Schreib-Lese-Speicher. Es sei daran erinnert, daß die neue Höhe aus der Binär-Ausgangs-Folge der Bodenerfassungs-Logik 128 bestimmt ist, die im Profil-Register, nämlich im Register 116, gespeichert wird. Dies ist in Fig. 6 durch einen Block 216 angedeutet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Mikroprozessor zwei Betriebsarten. In der ersten Betriebsart werden die empfangenen und abgetasteten Sonar-Daten-Signa-Ie zum Drucker-Puffer für die Anzeige auf dem Bild-Drucker ausgegeben. In der zweiten Betriebsart wird die Zustand-Information alphanumerisch format-gesteuert und zu den Drucker-Puffern für eine Anzeige durch den Bild-Drucker gespeist. Die Zustand-Information kann (vgl. oben) Geschwindigkeit, Zeit, Bereich, usw. umfassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die beiden Betriebsarten nicht gleichzeitig eintreten, und wie weiter unten näher erläutert wird, hat die Auslösung eines "Druck-Zustand-Information"-Zyklus Vorrang über der Anzeige der Sonar-Daten.
Nachdem die Höhe bestimmt und im RAM (im Schritt 216)
*) "PIXEL" = Bildträger
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gespeichert wurde und wenn der Prozessor nicht in der Mitte eines Druck-Zustand-Informationszyklus ist (vgl. Fig. 6), d. h. der Prozessor ist nicht in der Mitte der Abgabe alphanumerischer Information an den Drucker (das Prüfen ist durch einen Block 218 angedeutet), und wenn außerdem ein neuer Druck-Zustand-Informationszyklus nicht ausgelöst wird (das Prüfen ist durch einen Block 220 angedeutet), werden die Seitenabtast-Sonar-Daten gesammelt, format-gesteuert und zum BiId-Drucker in der folgenden Weise gespeist. Die im MAP-Puffer gespeicherten Sonar-Daten werden in den "PIXEL"-Teil des Schreib-Lese-Speichers übertragen. Dies ist durch einen Block 222 angedeutet. Diese Daten werden (vgl. unten) für den nichtlinearen Einfluß des Neigungsbereiches korrigiert (vgl. den Block 224), und die Skalenlinien werden auf das Profil und die MAP-Daten überlagert, die im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers verfügbar sind. Dies ist durch einen Block angedeutet. Die Skalenlinien unterstützen beim Lesen der sich ergebenden graphischen Darstellung. Sodann wird eine Höhen-Anzeige auf die Profil-Daten überlagert, die im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers vorliegen, um die Stelle des Schleppkörpers bezüglich des Gewässerbodens zu bezeichnen und eine sichtbare Hilfe für die Bestimmung zu geben, ob die Vorrichtung den Gewässerboden richtig erkannt hat. Dies ist durch einen Block 228 angedeutet.
Die Profil-Bildelemente werden dann vom PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers zum Drucker-Puffer übertragen, und danach werden die MAP-Bildelemente vom PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers zum Drucker-Puffer übertragen. Dies ist durch Blöcke 230 und 232 angedeutet.
Es sei angenommen (vgl. oben), daß der Druck-Zustand-Hf) "MAP" = Karte
Informationszyklus nicht die Betriebsart ist, und daher wird an der Entscheidungsverzweigung 234 der "NEIN"-Zweig genommen, und es wird die Geschwindigkeit des Schleppkörpers, die durch Skalieren des Ausgangssignales des GeschwindigkeitsZählers berechnet ist, dazu verwendet, um einen Linien-Zählerstand zu erzeugen. Dieser Linien-Zählerstand zeigt die Anzahl an, mit der die gerade zum Drucker-Puffer abgegebenen Daten während des nächsten Meßzyklus wiederholt werden, und dieser Zählerstand wird im Schreib-Lese-Speicher gespeichert. Dies ist durch einen Block 236 angedeutet. Danach wird der Zählerstand zum Drucker-Stellglied übertragen, wie dies durch einen Block 238 gezeigt ist.
Sodann werden die gespeicherten Zustand-Daten zum Zustand-Register 120 für eine spätere Übertragung zum Digital-Band- Auf Zeichnungsgerät übertragen. Dies ist durch einen Block 240 angedeutet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der numerische Anzeige-Datenwert das Ausgangssignal vom RAM zu einer eine numerische Anzeige bewirkenden Einrichtung auf dem Gerät (vgl. den Block 242), und ein Ausgangs-Warnton wird abgegeben, wenn die gespeicherte Höhe kleiner als eine voreingestellte Warn-Höhe ist. Dies ist durch einen Block 244 angedeutet. Ein Warnton zeigt an, daß der Schleppkörper gefährlich nahe beim Gewässerboden ist. Danach hält der Mikroprozessor an oder wartet auf die nächste Unterbrechung, wie dies durch einen Block 246 gezeigt ist.
Wenn bei angezeigten Sonar-Daten ein (nicht dargestellter) Druck-Zustand-Information-Betätigungsknopf auf der Front-Steuerplatte der Vorrichtung betätigt wird, ist ein Druck-Zustand-Zyklus ausgelöst. Während des Druck-Zustand-Zyklus wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel· eine einzige Linie
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der Zustand-Daten in alphanumerischen Zeichen gedruckt. Jedes alphanumerische Zeichen wird in einer 7 χ 9-Punktmatrix in herkömmlicher Weise gebildet.
Nach dem Auslösen des Druck-Zustand-Zyklus wird der "JA"-Zweig des Entscheidungsblockes 220 genommen, und die Zeichen-Daten, die im Mikroprozessor fest sind, wie z. B. die Worte "Geschwindigkeit", "Zeit", usw. werden vom Festspeicher (ROM) zu einem Teil des Schreib-Lese-Speichers übertragen, der den Zeichenteil bestimmt. Dies ist durch einen Block 248 angedeutet.
Danach werden die veränderlichen (oder sich ändernden) Zeichen-Daten, die das Eingangssignal in den Mikroprozessor vom Digital-Band-Aufzeichnungsgerät oder einer anderen Eingangseinrichtung, wie z. B. der Frontplatte, sind, von deren Speicherstelle im RAM zu den bezeichneten Adressen im Zeichenteil des RAM übertragen. Sodann werden die Zeichen-Daten decodiert, um eine Folge von "Eins"-Werten und "Null"-Werten zu bilden, die eine der neun Linien darstellen, die das Zeichen bilden; diese Daten werden im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers gespeichert. Dies ist durch einen Block 252 angedeutet.
Nach dem Speichern der Zeichen-Daten im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers werden diese zum Drucker-Puffer 172 übertragen (vgl. den Block 254) ,· da der Prozessor noch in einem Druck-Zustand-Informationszyklus ist, ist der nächste Schritt die Ausgabe eines festen Zählerstandes zum Drucker-Stellglied 170. Dies ist durch einen Block 256 angedeutet. Danach werden die durch die Blöcke 240, 242 und 244 angedeuteten Organisations-Operationen ausgeführt.
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Wenn ein Druck-Zyklus zuvor ausgelöst wurde, wird der "JA"-Zweig der vorliegenden Druck-Zustand-Zyklus-Prüfung beim Block 218 genommen, und die Zeichen-Daten, die bereits im Zeichenteil des Schreib-Lese-Speichers gespeichert wurden, werden decodiert, um die nächste Ausgangslinie zu bilden, und im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers gespeichert. Dies ist durch den Block 252 angedeutet.
Danach wird der Zeichenteil im PIXEL-Teil des Schreib-Lese-Speichers zum Drucker-Puffer übertragen, wie dies durch den Block 254 angedeutet ist, und die Verarbeitung schreitet in der gleichen Weise fort, wie dies oben im Zusammenhang mit einem neuen Druck-Zustand-Informationszyklus erläutert wurde.
Nachdem so ein bevorzugtes Flußdiagramm für den Mikroprozessor-Betrieb erläutert wurde, ist es selbstverständlich, daß auch ein Programm zum Steuern des Prozessors entsprechend dem Flußdiagramm erstellt werden kann. Zusätzlich können zahlreiche andere Ausführungsbeispiele zur Durchführung der im Flußdiagramm der Fig. 6 festgelegten Funktionsoperationen verwendet werden. Diese Ausführungsbeispiele umfassen im allgemeinen Hardware- und Software- (oder Kombinationen hiervon) Au s führung en.
Bezüglich des Blockes 224 ist die genaue Ausführung in Hardware oder Software kritisch, wenn das System in Echtzeit arbeiten soll. Als Ergebnis werden die ankommenden Backbord- und Steuerbord-Daten verarbeitet, wie dies weiter unten näher erläutert wird, um zeitaufwendige Rechnungen zu vermeiden.
Bekanntlich stellen die ankommenden abgetasteten Back-
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bord- und Steuerbord-Daten, die zuvor mit einer festen Abtastfrequenz abgetastet wurden, die Echosignale von einer Folge von Stellen auf dem Gewässerboden dar, wobei benachbarte Stellen voneinander nicht gleich beabstandet sind. Die Vorrichtung hat daher (vgl. den Block 224 in Fig. 6) eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bilden einer Folge der abgetasteten Backbord- und Steuerbord-Daten, wobei benachbarte Datenwerte immer gleich beabstandeten Stellen auf dem Gewässerboden entsprechen. Dies erzeugt eine lineare ebene Karte in der zur Schleppkörper-Fahrt senkrechten Richtung.
Backbord- und Steuerbord-Datenverarbeitung
Im dargestellten Ausführungsbeispiel arbeiten das Verfahren und die Vorrichtung in Echtzeit. Es ist daher von Bedeutung, die Kompliziertheit aller Operationen soweit als möglich zu verringern, z. B. zeitaufwendige Multiplikationsund Quadratwurzel-Berechnungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird ein iteratives Verfahren zum erneuten Format-Steuern der ankommenden abgetasteten Backbord- und Steuerbord-Daten, d. h. zur Korrektur der Daten für den Neigungsbereich in Echtzeit, verwendet. Das dargestellte iterative Verfahren benötigt nicht die mathematischen Operationen der Multiplikation und des Quadratwurzelziehens und entspricht dem Block 224 der Fig. 6.
Dieses Verfahren, das die Daten in einer Richtung parallel zur waagrechten Ebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schleppkörpers korrigiert, hat die folgenden Verfahrensschritte:
(Ciern j In Fig. 3 ist die waagrechte Komponente des Abstandes zwischen/
Schleppkörper und einem Punkt Y auf dem Gewässerboden, von
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dem ein Echosignal empfangen wird, durch X bezeichnet. Der geradlinige Abstand vom Schleppkörper zum Gewässerboden im Punkt Y ist durch R angegeben. Die Höhe des Schleppkörpers über dem Gewässerboden ist mit H bezeichnet. Die Beziehungen
2 2 2
zwischen X, R und H sind: H +X=R.
Das dargestellte Verfahren beginnt mit R = H, X = 0. Dies entspricht der ersten gültigen Daten-Abtastung. Nach dem dargestellten Verfahren wird die nächste Daten-Abtastung entsprechend einem Bereich R=H+ Ar gewählt und gleich der empfangenen Amplitude für alle 0 < X $ X1 eingestellt, mit
(X1)2 = (H + Ar)2 - H2,'
wobei Ar die zusätzliche Zunahme eines Bereiches zwischen der ersten und zweiten gültigen Abtastung der Daten ist.
mit ν = Schallgeschwindigkeit im Wasser, und t = Zeit zwischen Abtastimpulsen.)
Der Wert der nächsten Datenabtastung wird dann gewählt, um die empfangene Amplitude für X1 < X < X~ darzustellen, mit
(X2)2 = (H + 2 Ar)2 - H2.
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Diese Methode wird für alle Datenabtastungen fortgesetzt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Datenverarbeitungssystem digital. Daher liegen z. B. 900 empfangene Abtastwerte vom Backbord-Wandler und 900 empfangene Abtastworte vom Steuerbord-Wandler vor. Zusätzlich kann der dargestellte Drucker 800 Punkte in der Waagrechten für jede der Backbord- und Steuerbord-Richtung auflösen. Wenn so die tatsächliche Höhe des Schleppkörpers h beträgt, kann das System in ganzzahlige Beziehungen skaliert werden durch:
H = (1),
(BEREICH)
mit (BEREICH) = der durch die Frontplatten-Steuerung eingestellte Bereich oder Abstand.
Mittels des durch Gleichung (1) festgelegten Wertes von
H gilt R = H, H + 1, , 899 - H, und X nimmt die Werte 0,
1 , ..., 799 an, was diskreten Punkten der Drucker-Linie entspricht. Wenn ein Fehlerterm e festgelegt ist durch:
2 2?
e = H + X - IT (2) ,
kann das folgende Verfahren ausgeführt werden. In Gleichung (2) ist der Wert von "e" bekannt, da H = R und X=O gilt, wenn die gültigen Backbord- und Steuerbord-Meßdaten vom Gewässerboden zuerst empfangen werden. Wenn R um "1" (zu sei-
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nem nächsten Wert entsprechend der nächsten Datenabtastung) fortschreitet, ändert sich "e" in einen negativen Wert. Der Fehlerterm "e" bleibt negativ, bis der waagrechte Abstandsterm "X" auf einen ganzzahligen Wert größer als -WR - H erhöht wird. Solange so der Wert von "e" negativ ist, wird der Wert der gerade empfangenen Backbord- und Steuerbord-Daten-Abtastungen für jedes "X" in der angezeigten Linie wiederholt; wenn jedoch "e" nichtnegativ wird, wird die nächste ankommende Daten-Abtastung verwendet. Dieses iterative Verfahren ist für die Einrichtung und das Verfahren vorgesehen, durch die die lineare Karte aus den Eingangsdaten in einer Richtung senkrecht zur Schleppkörper-Bewegung erzeugt wird.
Die Gleichung (2) enthält jedoch drei zeitaufwendige Multiplikationen und erfordert so eine beträchtliche Rechenzeit. Jedoch kann Gleichung (2) umgeschrieben werden in:
e =
i=H+1
Die Gleichung (3) bildet eine für einen Rechner schnellere Näherung zum Erzeugen der Fehlerfunktion "e" in einer iterativen Weise. Jedoch kann die Gleichung (3) durch Ausmitteln umgeschrieben werden in:
e = 2
- X - 2
i=H+1
+ (R-H) (4)
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e = 2
Es sei:
i=H+1
+ R- (H+X)
e1 = 2
Σ-
i=H+1
(6)
E = e - e1 =R- (H+X)
(7)
Da R - H immer kleiner als X ist, wird der Differenzfehler E immer kleiner als 2X. Dies bedeutet, daß der Fehler beim Abschätzen von "e" mittels der Funktion "e1" immer kleiner als 2X ist. Weiterhin ändert sich "e" um einen Mindestwert von 2X für jeden neuen Wert von R oder X, und daher verursacht die Näherung e' keinen Fehler größer als 1 für jedes R oder X. Auf diese Weise kann die Fehlerfunktion e1 für die iterative Methode verwendet werden, um weiter die Systemgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne eine unannehmbare Verschlechterung in der Genauigkeit einzuführen.
Die folgende iterative Methode kann so in vorteilhafter Weise verwendet werden. Nachdem im Flußdiagramm der Fig. 7 die skalierte Höhe H bestimmt wurde, werden die Anfangswerte von R (=H) und X (=0) eingegeben. Dies ist durch die Blöcke 300 und 302 angedeutet. Der Wert von R wird erhöht
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(Block 304), und wenn der neue Wert von R nicht über der letzten Stelle der abgetasteten Daten liegt, es sind nämlich 900 Abtastungen im dargestellten Ausführungsbeispiel (diese Prüfung ist im Block 306 angedeutet), wird die Gleichung (6) erneut berechnet, indem R von e'/2 abgezogen wird. Dies ist durch einen Block 308 angedeutet. Nun ist "e"1 negativ. Danach wird "X" um "1" (Block 310) erhöht; die neuen Backbord- und Steuerbord-Abtastungen entsprechend dem vorliegenden Wert von R werden in Stellen entsprechend dem erhöhten oder fortgeschalteten Wert von "X" gespeichert (Block 312). Der vorliegende Wert von"X" wird zum Fehlerterm er/2 (Block 314) addiert, und wenn e' nicht negativ (Block 316) ist, wird "R" um "1" erhöht oder fortgeschaltet, und das oben erläuterte Verfahren dauert weiter fort* Wenn e1 negativ ist, wird "X" um "1" erhöht oder fortgeschaltet, und die Abtastwerte, noch entsprechend dem "alten" Wert von R, werden in der Stelle entsprechend dem neuen Wert von "X" gespeichert. Der Fehlerterm e1 wird erneut berechnet (Block 314) , und e1 wird wieder geprüft (Block 316). Auf diese Weise werden die Eingangsdaten erneut format-gesteuert, um für jede Abtastzeile eine lineare Linien-Kartographie der Gewässerboden-Topographie zu gewinnen.
Hinsichtlich der Richtung der Schleppkörper-Fahrt bietet das Geschwindigkeits-Eingangssignal vom Schleppkörper die notwendige Information, um zu bestimmen, wie oft die gleiche Abtastlinie wiederholt werden muß (Linien-Zählerstand) , um eine lineare Karte in dieser Richtung zu erzeugen. Zur Durchführung des Flußdiagrammes der Fig. 7 kann ein Unterprogramm aufgestellt werden.
Es wird nun der Fluß eines Datenblockes vom Schiebe-
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register 117 zum Drucker 174 näher erläutert. In Fig. 5 wird während eines durch die Zeit T, zwischen Ansteuerimpulsen bestimmten Meßzyklus ein Datenblock in den Mikroprozessor aus dem Register 117 gelesen, z. B. der Block 409 (Linie e)· Dieser Datenblock wird im Mikroprozessor verarbeitet, und der verarbeitete Block 410 wird während des gleichen Meßzyklus zum Drucker-Puffer abgegeben, wie dies in Fig. 5 (Linie f) gezeigt ist. Gleichzeitig wird ein zuvor vom Mikroprozessor empfangener Datenblock 411 durch den Drucker gedruckt (Linie h in Fig. 5). Jeder Datenblock wird sooft gedruckt, wie ein Linien-Zählerstand zum Mikroprozessor gespeist ist (vgl. oben); ein Druck-Impuls 412 auf der Leitung 182 löst jeden Druck-Zyklus aus. So kann (vgl. die Linien h und i in Fig. 5) ein Datenblock im Puffer 172 einmal oder zweimal und im allgemeinen in jeder erforderlichen Anzahl innerhalb der System-Zeit-Grenzen gedruckt werden.
Der Mikroprozessor 72 verarbeitet so die Eingangsdaten auf den Leitungen 158 und 132, um während jedes Meßzyklus die Schleppkörper-Höhe und die Neigungsbereich-Korrekturen zu bestimmen. Aus dieser Information und der Annahme, daß der Boden flach und waagrecht ist, werden die ursprünglichen Daten erneut format-gesteuert (d. h. an diesen diskreten waagrechten Stellen zwischen den abgetasteten Daten-Meßpunkten wiederholt) und in das Drucker-Puffer-Register eingespeist. Die Höhenmessung (vgl. oben) ist auf der Leitung 135 für das Winkel-Korrekturglied 118 verfügbar, um eine Neigungswinkel- und Seitenkeulen-Korrektur zu bewirken.
Die Verwendung eines Mikroprozessors für einige der
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numerischen Rechnungen ist eine willkürliche Wahl. Speziell ausgeführte Hardware kann zur Durchführung ähnlicher Berechnungen verwendet werden, und alternativ kann ein Teil der Hardware nach den Operationen der Fig. 2 im Mikroprozessor oder in einem allgemeinen oder speziellen Rechner ausgeführt werden. Der Mikroprozessor an sich bildet keinen Teil der Erfindung.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    1.j Vorrichtung zum Erzeugen einer Draufsicht-Anzeige eines Gewässerbodens aus einem Seitenabtast-Sonar-Signal-Gerät,
    bei der sich der Sonar-Generator und -Empfänger bezüglich des Gewässerbodens bewegt, mit
    wenigstens einem Sende-Wandler zum wiederholten Erzeugen von Seitenabtast-Sonar-Signalen abhängig von einem Ansteuersignal, wobei die Ansteuersignale jeweils den Beginn eines Meßzyklus festlegen,
    wenigstens einem Empfangs-Wandler zum Erzeugen eines empfangenen elektrischen Ausgangssignales, dessen Amplitude der Stärke der empfangenen Echo-Sonar-Signale entspricht,
    einem auf das Empfangs-Wandler-Ausgangssignal ansprechenden Presser zum Erzeugen eines gepreßten elektrischen Ausgangssignales mit einem Dynamik-Bereich kleiner als der Dynamik-Bereich der empfangenen Sonar-Signale, und einer Anzeigeeinrichtung,
    dadurch
    gekennzeichnet
    daß die Anzeige linear wenigstens entlang einer Achse entsprechend einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Generators und Empfängers ist und aufweist:
    eine Abtasteinrichtung zum periodischen Abtasten des gepreßten elektrischen Signales innerhalb jedes Meßzyklus, um eine Folge abgetasteter Signalwerte zu erzeugen, ein Höhen-Bestimmungsglied zum wiederholten Bestimmen
    543-(EGH 012)-Ko-E
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    ORIGINAL INSPECTED
    der Höhe des Sonar-Generators und -Empfängers über dem Gewässerboden aus den abgetasteten Signalen,
    eine Einrichtung, die auf die Höhenbestimmung und die abgetasteten Signale anspricht, um eine Folge linearer Datenwerte entsprechend einer Kartographie der abgetasteten Signale auf einer Folge gleich beabstandeter Stellen entlang einer horizontalen, den Gewässerboden darstellenden Achse zu erzeugen,
    wobei die Anzeigeeinrichtung Mittel zum Empfangen und Anzeigen der linearen Daten hat, und
    eine Anzeigen-Steuereinrichtung zum Betätigen der Anzeigeeinrichtung, um die Draufsicht-Karte des Gewässerbodens zu erzeugen.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    einen Geschwindigkeitsfühler zum Erzeugen eines die Geschwindigkeit bestimmenden Ausgangssignales, das die Geschwindigkeit des Generators und Empfängers bezüglich des Gewässerbodens darstellt, und
    eine auf das Geschwindigkeitsausgangssignal ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines Linien-Zählerstandes für jede Linie der linearen Datenwerte,
    wobei die Anzeige-Steuereinrichtung auf jeden Linien-Zählerstand anspricht, um die zugeordnete Folge der linearen Daten in einer Anzahl entsprechend dem Linien-Zählerstand zu drucken.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    ein Winkel-Korrekturglied (118), das auf die Höhenbestimmung anspricht, um wiederholt einen zeitlich veränderlichen Winkel-Korrekturfaktor für das abgetastete Signal zum Kompen-
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    sieren des Sonar-Echosignales hinsichtlich des Einfallwinkels des Signales bezüglich des Gewässerbodens und hinsichtlich Sende-Wandler-Ungleichmäßigkeiten in der senkrechten Ebene zu erzeugen, und
    eine Einrichtung zum Ändern der abgetasteten Daten entsprechend dem Winkel—Korrekturfaktor.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch, gekennzeichnet,
    daß der Presser für jeden Empfangs-
    Wandler aufweist:
    einen zeitabhängig geregelten Verstärker (52, 54), der auf ein Sonar-Ansteuersignal anspricht, um das empfangene elektrische Signal mit einem zeitlich veränderlichen Verstärkungsfaktor abhängig von der abgelaufenen Zeit zu multiplizieren, die vom Auftreten des letzten Ansteuersignales gemessen ist, und
    einen logarithmischen Verstärker (52, 54), der auf den zeitabhängig geregelten Verstärker (38, 40) anspricht, um ein Ausgangssignal entsprechend dem Logarithmus des Ausgangssxgnales des zeitabhängig geregelten Verstärkers (38, 40) zu erzeugen.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Presser für jeden Empfangs-Wandler aufweist:
    einen zeitabhängig geregelten Verstärker (38, 40), der auf ein Sonar-Ansteuersignal anspricht, um das empfangene elektrische Signal mit einem sich zeitlich ändernden Verstärkungsfaktor abhängig von der abgelaufenen Zeit zu multiplizieren, die ab dem Auftreten des letzten Ansteuersignales gemessen ist,
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    wobei der zeitabhängig geregelte Verstärker (38, 40) einen Verstärkungsfaktor im wesentlichen entsprechend dem Quadrat der abgelaufenen Zeit hat.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit
    Backbord-Sende- und-Empfangs-Wandlern und Steuerbord-
    Sende- und -Empfangs-Wandler zum Erzeugen elektrischer Backbord- und Steuerbord-Ausgangssignale,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Höhen-Bestimmungseinrichtung aufweist: ein Schwellenwertglied, das auf die abgetasteten elektrischen Backbord- und Steuerbord-Signale anspricht, um während jedes Meßzyklus erste Ausgangssignale, wenn der Wert der abgetasteten Backbord- oder Steuerbord-Signale kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und zweite Ausgangssignale, wenn die Werte der abgetasteten Backbord- und Steuerbord-Signale größer als der vorbestimmte Schwellenwert sind, zu erzeugen, und
    eine Boden-Auswerteinrichtung, die auf die Ausgangssignale des Schwellenwertgliedes anspricht, um eine Höhenbestimmung abhängig von der Erfassung einer vorbestimmten Folge der zweiten Ausgangssignale zu erzeugen.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die abgetasteten Signale in jedem Meßzyklus durch S(n) bezeichnet sind, mit η = O7 1, 2, ..., N, bei der die vorbestimmte Höhe den Wert h hat und bei der der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S (n) den Wert Rn hat,
    dadurch gekennzeichnet,
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    daß der lineare Daten-Generator aufweist: eine Einrichtung zum. Erzeugen einer Fehlerfunktion e\ im wesentlichen von der Form:
    χ η
    = Si- Tl J - mit η = 1, 2, ..., N, i-1 j=H+1
    , und x = 0, 1 , 2, . . . , und
    eine Einrichtung zum Erzeugen der linearen Daten S.(χ), X = O,- 1, 2, , entsprechend der Vorschrift
    S,(x) = S(n) mit
    η,χ ^ n-1 ,χ
    Vorrichtung nach Anspruch \,
    bei der die abgetasteten Signale in jedem Meßzyklus durch S(n) mit n=0, 1, 2, ...r E bezeichnet sind, bei der die vorbestimmte Höhe den Wert h hat und bei der der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S(n) durch R gegeben ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der lineare Daten-Generator aufweist: eine Einrichtung zum Erzeugen einer Fehlerfunktion e im wesentlichen von der Form:
    §09843/0889
    x n.
    e„ = ΣΙ (2 i-1) - Σ2 (2 J"1) mit n = 1, 2, ..., Ν,
    η'Χ 1=1 j=H+1
    H = , und χ=0, 1, 2, ..., und
    eine Einrichtung zum Erzeugen der linearen Daten S1(χ), x=0/ 1, 2, . .., entsprechend der Vorschrift
    S1 (x) = S(n) mit
    e < 0 4 e Λ
    η,χ η-1 , χ
    9. Vorrichtung zum Erzeugen einer Draufsicht-Anzeige eines Gewässerbodens aus einem Seitenabtast-Sonar-Signal-Gerät, in dem sich der Sonar-Generator und -Empfänger bezüglich des Gewässerbodens bewegen, mit
    wenigstens einem Sende-Wandler zum wiederholten Erzeugen von Seitenabtast-Sonar-Signalen abhängig von einem Ansteuersignal, das jeweils den Beginn eines Meßzyklus festlegt,
    wenigstens einem Empfangs-Wandler zum Erzeugen eines empfangenen elektrischen Ausgangssignales, das eine Amplitude entsprechend der Stärke der empfangenen Echo-Sonar-Signale hat,
    einen Presser, der auf das Ausgangssignal des Empfangs-Wandlers anspricht, um ein gepreßtes elektrisches Ausgangssignal mit einem Dynamik-Bereich kleiner als der Dynamik-Bereich der empfangenen Sonar-Signale zu erzeugen, und einor Anzeigeeinrichtung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anzeige eine lineare Draufsieht-Anzeige ist und aufweist:
    909843/0889
    einen zeitabhängig geregelten Verstärker (38, 40), der auf ein Sonar-Ansteuersignal anspricht, um das empfangene elektrische Signal mit einem zeitlich veränderlichen Verstärkungsfaktor abhängig von der abgelaufenen Zeit zu multiplizieren, die ab dem Auftreten des letzten Ansteuersignales gemessen ist,
    einen logarithmischen Verstärker (52, 54), der auf den zeitabhängig geregelten Verstärker (38, 40) anspricht, um ein gepreßtes Ausgangssignal entsprechend dem Logarithmus des Ausgangssignales des zeitabhängig geregelten Verstärkers (38, 40) zu erzeugen,
    eine Abtasteinrichtung zum periodischen Abtasten des gepreßten elektrischen Signales innerhalb jedes Meßzyklus, um eine Folge der abgetasteten Signalwerte zu erzeugen,
    eine Höhen-Bestimmungseinrichtung zum wiederholten Bestimmen der Höhe des Sonar-Generators und -Empfängers über dem Gewässerboden aus den abgetasteten Signalen,
    eine Winkel-Korrektureinrichtung (118), die auf die Höhenbestimmung anspricht, um wiederholt einen zeitlich veränderlichen Winkel-Korrekturfaktor für das abgetastete Signal zu erzeugen, um das Sonar-Echosignal hinsichtlich des Einfallwinkels des Signales bezüglich des Gewässerbodens und üngleichmäßigkeiten des Sende-Wandlers in der senkrechten Ebene zu kompensieren,
    eine Einrichtung zum Ändern der abgetasteten Daten entsprechend dem Winkel-Korrekturfaktor,
    wobei weiterhin die abgetasteten Signale innerhalb jedes Meßzyklus durch S(n) mit n=0, 1, 2, ...,N bezeichnet sind, wobei die Höhe den Wert h aufweist und wobei der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S(n) den Wert Rn hat,
    S09843/0889
    eine Einrichtung zum Erzeugen einer Fehlerfunktion e' im wesentlichen von der Form:
    x η
    e· = Σ3 i - ΣΖ j mit η = 1, 2, ..., N, n' i=1 j=H+1
    H = , und x=0, 1, 2, ...,
    eine Einrichtung zum Erzeugen einer Folge linearer Daten S1 (x), x = 0, 1 , 2, ..., entsprechend der Regel
    S1 (x) = S(n) mit
    e1 < 0 ■£ e1 Λ ,
    η,χ n-1, χ
    wobei die Folge der linearen Datenwerte einer Kartographie der abgetasteten Signale auf eine Folge gleich beabstandeter Stellen entlang einer den Gewässerboden darstellenden waagrechten Achse entspricht,
    einen Geschwindigkeitsfühler zum Erzeugen eines die Geschwindigkeit bestimmenden Ausgangssignales, das die Geschwindigkeit des Generators und Empfängers bezüglich des Gewässerbodens darstellt,
    eine auf das Geschwindigkeits-Ausgangssignal ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines Linien-Zählerstandes für jede Linie der linearen Datenwerte, und
    eine Anzeige-Steuereinrichtung, die auf jeden Linien-Zählerstand anspricht, um die zugeordnete Folge der linearen Datenwerte in einer Anzahl entsprechend dem Linien-Zählerstand zu drucken,
    wobei die Anzeigeeinrichtung Mittel zum Empfangen und Anzeigen der linearen Daten hat.
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    10. Verfahren zum Erzeugen einer Draufsicht-Anzeige einer Gewässerboden-Topographie aus einem sich bewegenden Seitenabtast-Sonar-Signal-Gerät, mit
    wiederholtes Erzeugen wenigstens eines Seitenabtast-Sonar-Impulssignales von wenigstens einem Sende-Wandler, wobei jedes Impulssignal den Beginn eines neuen Meßzyklus angibt,
    Empfangen der Echo-Sonar-Signale mit wenigstens einem Empfangs-Wandler und Umsetzen des empfangenen Sonar-Signales in ein empfangenes elektrisches Ausgangssignal mit einer Amplitude entsprechend der Stärke der empfangenen Echo-Sonar-Signale, und
    Verringern des Dynamik-Bereiches des empfangenen elektrischen Signales, um ein gepreßtes elektrisches Ausgangssignal eines verringerten Dynamik-Bereiches zu erzeugen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anzeige linear wenigstens entlang einer Achse entsprechend einer Bewegungsrichtung eines Sonar-Senders und -Empfängers ist und aufweist:
    periodisches Abtasten des gepreßten elektrischen Signales innerhalb jedes Meßzyklus, um eine Folge abgetasteter Signalwerte zu erzeugen,
    Bestimmen der Höhe des Senders und Empfängers über dem Gewässerboden aus den Abtastwerten,
    Erzeugen einer Folge linearer Datenwerte aus den abgetasteten Signalen, die einer Kartographie der abgetasteten Signale auf eine Folge gleich beabstandeter Stellen entlang einer waagrechten, den Gewässerboden darstellenden Achse entsprechen, wobei das Erzeugen von der Höhe des Senders und Empfängers über dem Gewässerboden abhängt, und
    Anzeigen der linearen Daten auf einer Anzeigeeinrichtung zum Erzeugen der Draufsieht-Anzeige der Gewässerboden-Topo-
    309843/0889
    291513
    graphie.
    11. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    Vorsehen eines zeitabhängig geregelten Verstärkers (38, 40), der auf ein Ansteuersignal anspricht, um das empfangene elektrische Signal mit einem zeitlich veränderlichen Verstärkungsfaktor zu multiplizieren, der von der abgelaufenen Zeit abhängt, die ab dem Auftreten des letzten Ansteuersignales gemessen ist, und
    Erzeugen eines gepreßten Ausgangssignales, das dem Logarithmus des Ausgangssignales des zeitabhängig geregelten Verstärkers (38, 40) entspricht.
    12. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    Vorsehen eines zeitabhängig geregelten Verstärkers (38, 40), der auf ein Ansteuersignal anspricht, um die empfangenen elektrischen Signale mit einem zeitlich veränderlichen Verstärkungsfaktor zu multiplizieren, der von der abgelaufenen Zeit abhängt, die ab dem Auftreten des letzten Ansteuersignales gemessen ist,
    wobei der zeitabhängig geregelte Verstärker (38, 40) mit einem Verstärkungsfaktor entsprechend im wesentlichen dem Quadrat der abgelaufenen Zeit versehen ist.
    13. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    Vorsehen von Sende- und Empfangs-Backbord- und Steuerbord-Wandlern zum Erzeugen elektrischer gepreßter Backbord- und Steuerbord-Ausgangssignale,
    wobei die Höhenbestimmung aufweist:
    909843/0889
    während jedes Meßzyklus Erzeugen eines Schwellenwertsignales mit einem ersten Ausgangszustand, wenn der Wert des abgetasteten Backbord- oder Steuerbord-Signales kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und einem zweiten Ausgangszustand, wenn der Wert des abgetasteten Backbord- und Steuerbord-Signales über dem vorbestimmten Schwellenwert ist, und
    Erzeugen einer Höhenbestimmung, wenn eine vorbestimmte Folge der zweiten Ausgangssignale erzeugt wird.
    14. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    wiederholtes Bestimmen der Geschwindigkeit des Sende-Wandlers bezüglich des Gewässerbodens,
    Erzeugen eines.Linien-Zählerstandes, der jeder Linie der linearen Daten zugeordnet ist, und
    Anzeigen jeder Linie der linearen Daten in einer Anzahl, die durch den zugeordneten Linien-Zählerstand bestimmt ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 10,
    gekennzeichnet durch
    Erzeugen einer Winkelkorrektur für das abgetastete Signal entsprechend der Höhenbestimmung, wobei während der Winkel— korrektur ein zeitlich veränderlicher Winkel-Korrekturfaktor für die abgetasteten Signale gebildet wird, und
    Ändern der abgetasteten Daten entsprechend dem Winkel-Korrekturf aktor,
    um so die abgetasteten Signale für den Einfallwinkel des Signales bezüglich des Gewässerbodens und für eine Sende-Wandler-Ungleichmäßigkeit in der senkrechten Ebene zu kompensieren.
    909 84 3/0889
    16. Verfahren nach Anspruch 10,
    bei dem die abgetasteten Signale in jedem Meßzyklus durch S(n) mit η = 0, 1, 2, ..., N bezeichnet sind, bei dem die Höhe den Wert h aufweist und bei dem der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S(n) den
    Wert R hat,
    η
    gekennzeichnet durch
    Bilden einer Fehlerfunktion e1 im wesentlichen von der Form:
    χ η
    e' = Ei - 2EH j mit η = 1, 2, ..., Ν, n'X i=1 j=H+1
    H = , und x=0, 1, 2, ..., und
    Erzeugen der linearen Daten S1(X), χ = 0, 1, 2,
    entsprechend der Regel:
    S1(x) = S(n) mit
    e1 < O < e1
    n,x ^ n-1 , χ
    17. Verfahren nach Anspruch 10,
    bei dem die abgetasteten Signale innerhalb jedes Meßzyklus durch S(n) mit n=0, 1, 2, ...,N bezeichnet sind, bei dem die vorbestimmte Höhe den Wert h hat und bei dem der Abstand vom Generator und Empfänger zu einer Stelle auf dem Gewässerboden entsprechend dem abgetasteten Signal S(n) den Wert R aufweist,
    gekennzeichnet durch
    §09843/0889
    Bilden einer Fehlerfunktion e im wesentlichen von der Form:
    x n.
    en' = H (2i-1) - ZU (2j-1) mit η = 1, 2, ..., N, n'X i=1 j=H+1
    H = ^5—- , und x=0, 1, 2, ..., und
    Erzeugen der linearen Daten S1(X), χ = 0, 1, 2, ·.., entsprechend der Regel:
    S1 (x) = S(n) mit
    e < 0 4 e Λ
    η,χ ^ n-1 ,χ
    18. Anzeigegerät zum Anzeigen aufeinander folgender Linien von Daten,
    gekennzeichnet durch
    einen Speicher zum Speichern jeder aufeinander folgenden Linie der Daten,
    eine Einrichtung zum Erzeugen eines Linien-Zählerstandes, der jeder Linie der Daten zugeordnet ist, und
    eine Einrichtung zum Anzeigen jeder aufeinander folgenden Linie der Daten in einer Anzahl aufeinander folgender Linien der Anzeige, wobei die Anzahl dem Linien-Zählerstand entspricht.
    19. Anzeigegerät nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Speicher aufweist:
    ein erstes und ein zweites Speicherregister, die jeweils die Daten empfangen und speichern und die Linien der Daten zum Lesen verfügbar machen, wobei die Register so geschaltet
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    sind, daß das eine Register die Daten speichert, wenn das andere Register seinen Inhalt zum Lesen verfügbar macht.
    20. Vorrichtung zum übertragen einer geordneten Unterfolge S(n) mit η = H, H+1, ..., N einer geordneten Folge von Datenwerten S(n) mit n=0, 1, ...,N, wobei die Datenwerte gleich beabstandeten Abtastungen auf einer ersten Achse einer Länge R entsprechen, auf eine Folge von Abtastpunkten S1 (m) mit m = O7 1 , ..., M, die auf einer zweiten Achse einer Länge X gleich beabstandet sind, wobei die Längen X und R die Beziehung
    X2+
    erfüllen, und wobei die Anzahl M der Abtastpunkte entlang
    X · N
    der zweiten Achse den Wert - hat,
    gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung zum Bilden einer Fehlerfunktion e1 im wesentlichen von der Form:
    m η
    e' m = C i - EU j mit η = H, H+1 , ...,N, n'm i=1 j
    und m=0, 1, 2, ..., M, und
    eine Einrichtung zum Erzeugen der linearen Daten S1(m), m=0, 1, 2, ..., M entsprechend der Regel:
    S1 (m) = S (n) mit
    909843/0889
    21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einrichtung zum. Erzeugen der Fehlerfunktion aufweist:
    ein Auslöseglied zum Auslösen der Werte e1, m und η bei jeweils 0, 0 und H,
    einen Subtrahierer zum Subtrahieren eines nächsten erhöhten Wertes von η von e1, wobei e1 eine negative Zahl wird, und
    einen Addierer, der zum Wert von e" die nächsten erhöhten Werte von m addiert, bis e' eine positive Zahl wird,
    wobei die Werte von e' , die den Wert von S1(m) bestimmen, erzeugt werden.
    22. Vorrichtung zum Transformieren einer geordneten Unterfolge S(n) mit η = H, H+1, ..., N einer geordneten Folge von
    ." Datenwerten S(n), mit η = 0, 1, ...,N, wobei die Datenwerte gleich beabstandeten Abtastungen auf einer ersten Achse der Länge R entsprechen, auf eine Folge von Abtastpunkten S1 (m) , mit m = 0, 1, ..., M, die entlang einer zweiten Achse der Länge X gleich beabstandet sind, wobei die Längen X und R die Beziehung:
    X2 + (-J4-2M-2 = R2
    erfüllen und wobei die Anzahl M der Abtastpunkte entlang der
    X ' N
    zweiten Achse den Wert - hat,
    gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung zum Bilden einer Fehlerfunktion e im wesentlichen von der Form:
    909843/0889
    m n
    e m = S (2i-1) - Zl (2j-1) mit η = H, H+1, ..., N,
    n'm i=1 j=H+1
    und m=0, 1, 2, ..., M, und
    eine Einrichtung zum Erzeugen der linearen Datenwerte S.. (m) , m = O, 1, 2, ..., M entsprechend der Regel:
    S1(m) = S(n) mit
    en,m< 0^ en-1, m*
    23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einrichtung zur Bildung der Fehlerfunktion aufweist:
    ein Auslöseglied zum Auslösen der Werte von e, m und η bei jeweils 0, 0 und H,
    einem Subtrahierer zum Subtrahieren eines nächsten erhöhten Wertes von (2n-1) von e, wodurch e eine negative Zahl wird, und
    einen Addierer zum Addieren der nächsten erhöhten Werte von (2m-1) zum Wert von e, bis e eine positive Zahl wird, wodurch der Wert von e , der den Wert von S1(m) be-
    η / in ι
    stimmt, erzeugt wird.
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