DE2926195C1

DE2926195C1 - Arrangement in a torpedo for identifying and rejecting decoys (jammers)

Info

Publication number: DE2926195C1
Application number: DE19792926195
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Herrmann
Original assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 1999-06-30

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an arrangement according to the Preamble of claim 1.

Es ist bekannt, daß von Überwasserschiffen oder von U-Booten Geräte nachgeschleppt oder ausgesetzt werden, um sich gegen mittels Horchsonar angreifende Torpedos zu schützen. Diese Geräte sind Schallsender, die den Torpedo auf sich ziehen sollen. Wegen der beschränkte Baugröße sind die Täuschkörper jedoch nicht in der Lage, in dem tiefen Frequenzbereich der Schiffe wirksam zu arbeiten. In einfachen Ausführungen sind die Täuscher daher nur auf den Frequenzbereich von Torpedo-Angriffs-Sonaren, d. h. bei 15 kHz bis 60 kHz eingestellt.It is known that from surface ships or from submarines Devices are dragged or exposed to counteract to protect attacking torpedoes by means of listening sonar. This Devices are sound transmitters that attract the torpedo should. Because of the limited size, the decoys are however unable to operate in the low frequency range of the ships to work effectively. In simple designs are therefore deceivers only on the frequency range of torpedo attack sonars, d. H. at 15 kHz to 60 kHz set.

In Fig. 1 ist die spektrale Verteilung des Fahrgeräusches verschiedener Fahrzeuge angegeben. Über der Frequenz f ist das Wasserschallsignal WS aufgetragen. Fig. 1 zeigt ein charakteristisches Signal eines Überwasserschiffes, welches vornehmlich im tiefen Frequenzbereich abgestrahlt wird. Fig. 1 stellt das ebenfalls in diesem Bereich liegende Fahrgeräusch eines Torpedos dar. Oberhalb der Frequenz f₀ liegt der Arbeitsbereich des Torpedoangriffssonars, in dem auch der Störer mit dem Signal 3 arbeitet. Aus diesem Schaubild kann unschwer entnommen werden, daß das Angriffssonar des Torpedos durch einen Täuscher zweckmäßig beeinflußt wird.In Fig. 1, the spectral distribution of the driving noise of various vehicles is shown. The water sound signal WS is plotted against the frequency f. Fig. 1 shows a characteristic signal of a surface ship, which is emitted primarily in the low frequency range. Fig. 1 illustrates the driving noise lying also in this area is of a torpedo. Above the frequency f₀ is the operating range of the torpedo sonar attack, which also operates in the interferer with the signal 3. From this diagram it can easily be seen that the attack sonar of the torpedo is appropriately influenced by a deceiver.

Höhere Frequenzen haben bezüglich des die Funktion des Sonars mindernden Eigenstör-Schalls gewisse Vorteile. Zur Erläuterung dieses Sachverhaltes wird auf Fig. 2 hingewiesen. Hierin ist ein Torpedo 4 mit einem Propeller 5 als Schallquelle dargestellt, die vom Sonar den Abstand r₀ hat. Der Störschall kann nun direkt in Richtung der Pfeile 6, durch Reflektion an der Wasseroberfläche (Pfeile 7) oder durch Reflektion am Meeresgrund (Pfeile 8) zum Sonar gelangen. Mit 9 ist die Schalleinfallsrichtung von einem Ziel angedeutet. Der Torpedorumpf bietet eine gewisse Schattenwirkung gegenüber dem von hinten einfallenden Propellerschall. Eine in einem wasserschallangepaßten Medium (z. B. Gummi) freistehende Sensorbasis kann mit einer schalldämmenden Rückplatte versehen sein, wobei die Schalldämmung mit steigender Frequenz wächst. Die Einzelsensoren können, da die Wellenlängen kurz sind, in Resonanz arbeiten und daher durch Halterung im Schwingungsknoten wirksam körperschall- isoliert sein. Schließlich nimmt das bei kleiner Fahrt wesentliche Meeresgrundgeräusch praktisch von wenigen Hertz an stetig ab.Higher frequencies have certain advantages with regard to the intrinsic noise reducing the function of the sonar. To explain this fact, reference is made to FIG. 2. This shows a torpedo 4 with a propeller 5 as the sound source, which has the distance r₀ from the sonar. The interference sound can now reach the sonar directly in the direction of arrows 6 , by reflection on the water surface (arrows 7 ) or by reflection on the sea floor (arrows 8 ). With 9 the direction of sound incidence from a target is indicated. The torpedo fuselage provides a certain shadow effect compared to the propeller sound coming from behind. A sensor base that is free-standing in a water-sound-adapted medium (e.g. rubber) can be provided with a sound-insulating back plate, the sound insulation increasing with increasing frequency. Since the wavelengths are short, the individual sensors can work in resonance and can therefore be effectively isolated from structure-borne noise by being held in the vibration node. After all, the sea bottom noise that is essential for a short voyage practically decreases from a few Hertz.

Diese Vorteile müssen aber entfallen bei einem tieffrequent arbeitenden Torpedosonar. Ein solches Sonar könnte aber gerade das wesentliche Kriterium zwischen einem Schiff und einem Täuschkörper ausnutzen. Um den Eigenstörschall klein zu halten, muß ein diesbezügliches Verfahren über eine gewisse Richtwirkung verfügen, um den Torpedopropeller als Schallquelle auszublenden.However, these advantages must be eliminated in the case of a low frequency working torpedo sonar. Such sonar could but just the essential criterion between one Take advantage of the ship and a decoy. To the intrinsic noise Keeping it small must be a procedure in this regard have a certain directionality to the Hide the torpedo propeller as a sound source.

Durch Vergrößerung der sensierenden Fläche, z. B. durch Erhöhung der Sensorzahl oder der Sensorabstände allein kann bei großen Wellenlängen keine Richtwirkung erzeugt werden.By enlarging the sensing area, e.g. B. by Increase the number of sensors or the sensor distances alone cannot produce a directivity at long wavelengths become.

Nun könnte daran gedacht werden, eine Richtungsbewertung des einfallenden Schalls dadurch zu erhalten, daß Phasendrehungen der Sensoren untereinander von 180° eingeführt werden. Die einfachste Realisierung stellt der sogenannte Gradientenempfänger dar. Dieser Empfänger ist als Empfangsdipol anzusehen, mit dem aber ein geringer Erfolg erzielt werden kann. Würde die unempfindliche Richtung des Dipols zur Störquelle hin gedreht werden, so ergäbe sich gerade für die taktisch interessante Richtung "voraus" ebenfalls Unempfindlichkeit.Now a directional assessment could be thought of to obtain the incident sound in that phase rotations of the sensors inserted from each other by 180 ° become. The simplest implementation is the so-called Gradient receiver. This receiver is a reception dipole to look at, but with little success can be. Would the insensitive direction of the dipole would be turned towards the source of interference, that would just result for the tactically interesting direction "ahead" as well Insensitivity.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere Anordnung im Torpedo eine Möglichkeit zu schaffen, die Unterscheidung des tieffrequenten Schalls eines Zieles vom höherfrequenten Schall des nachgeschleppten oder ausgesetzten Täuschers wirksam herbeizuführen.The invention is based on the object by a special arrangement in the torpedo to create a way the distinction of low frequency sound one Target of the higher-frequency sound of the trailing or to effectively introduce deceived subjects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is according to the invention in the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Mit dieser Anordnung nach der Erfindung, die als Zusatzgerät zum Angriffssonar eingebaut werden kann, ist der Vorteil verbunden, daß die Erfolgsaussichten eines Torpedo-Angriffs erstens grundsätzlich erhöht und zweitens durch Beeinflussung des Nutz-/Störverhältnis optimal werden.With this arrangement according to the invention, which as an additional device for attack sonar can be installed, the advantage is connected, that the chances of success of a torpedo attack first basically increased and secondly by influencing the Use / interference ratio become optimal.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigtIn the drawing is an embodiment according to the Invention shown and shows

Fig. 3 eine mögliche Sensor-Anordnung, Fig. 3 shows a possible sensor arrangement,

Fig. 4 die Fernfeld-Richtcharakteristik der Anordnung, Fig. 4 shows the far-field directional characteristics of the arrangement,

Fig. 5 den Arbeitsbereich der Anordnung und Fig. 5 shows the working area of the arrangement and

Fig. 6 ein Blockschaltbild für die Signalverarbeitung. Fig. 6 is a block diagram for signal processing.

Gemäß Fig. 3 sind im Kopfteil des Torpedos 4 die Sensoren 10 und 11 in der Nähe des Angriffssonars 12 und weitere Sensoren 13 bis 16 angeordnet. Die Längsausdehnung ist mit L und der Querabstand mit D angegeben. Die Sensoren 13 bis 16 müssen, da die Anordnung nicht zu kurz ausfallen darf, in der Außenhaut des vorderen Rumpfbereiches liegen. Sie sind weiterhin paarweise, 13/14 und 15/16, angeordnet, damit schließlich eine Peilung ermöglicht wird. Die eigentlichen sensitiven Elemente 17 der Sensoren sind mit einer Abdeckung 18, zum Beispiel Gummi, und gegebenenfalls mit einer Körperschall-Isolation 19 in der Außenhaut des Torpedos gelagert.Referring to FIG. 3 of the torpedo are 4 sensors 10 and 11 arranged in the vicinity of the attack sonar 12 and other sensors 13 to 16 in the head part. The longitudinal extent is indicated by L and the transverse distance by D. The sensors 13 to 16 must lie in the outer skin of the front fuselage area, since the arrangement must not be too short. They are still arranged in pairs, 13/14 and 15/16 , so that finally a bearing is made possible. The actual sensitive elements 17 of the sensors are mounted in the outer skin of the torpedo with a cover 18 , for example rubber, and possibly with structure-borne sound insulation 19 .

In Fig. 4 ist die Richtcharakteristik der Anordnung mit den Sensoren 10, 13 und 15 für ferne Schallquellen dargestellt, die die Form einer Kardioide besitzt. Der Schall fällt unter dem Winkel R ein. Bei endlicher Entfernung einer Quelle ist ferner bei 180° das Signal nicht Null.In FIG. 4, the directivity of the array with the sensors 10, 13 and 15 shown for distant sound sources, which has the form of a cardioid. The sound comes in at an angle R. If the source is finite, the signal is not zero at 180 °.

Wie die Rechnung zeigt, ist die Wirksamkeit der Anordnung von den mit der Betriebswellenlänge λ zu vergleichenden Dimensionen der Anordnung abhängig und zwar:
Vom Störquellenabstand r₀,
von der Längsausdehnung der Anordnung L und
von dem Querabstand einer für die Peilung notwendigen Doppelanordnung D.As the calculation shows, the effectiveness of the arrangement depends on the dimensions of the arrangement to be compared with the operating wavelength λ, namely:
From the interference source distance r₀,
on the longitudinal extent of the arrangement L and
the transverse distance of a double arrangement D necessary for the bearing.

Eine gute Peilung und ein gutes Nutz-/Störverhältnis verlangt, daß r₀/λ groß ist. Da r₀ mit der Torpedolänge festliegt, müßte die Wellenlänge λ klein gewählt werden. Die Störquelle "Propeller" wird also umso besser unterdrückt, je kürzer die Wellenlänge ist. A good bearing and a good usage / interference ratio requires that r₀ / λ be large. Since r₀ with the torpedo length is fixed, the wavelength λ should be chosen small. The "propeller" source of interference is suppressed all the better, the shorter the wavelength is.

Die Peilempfindlichkeit der Anordnung wächst mit wachsendem Querabstand D.The bearing sensitivity of the arrangement increases with increasing Transverse distance D.

Die Gesamtempfindlichkeit der Anordnung erfordert ebenfalls, daß L/λ groß ist. Wiederum müßte die Wellenlänge klein oder die Ausdehnung der Sensoranordnung in Torpedolängsrichtung groß gewählt werden. Dem steht aber entgegen, daß die Sensoren nachrichtentechnisch verknüpft sind und möglichst eine kompakte Einheit bilden müssen.The overall sensitivity of the arrangement also requires that L / λ is large. Again the wavelength would have to small or the extension of the sensor arrangement in the torpedo longitudinal direction be chosen large. But this stands in the way that the sensors are technically linked and must form a compact unit if possible.

Nun wird aber die Arbeitsfrequenz, die ja durch die Arbeitswellenlänge festgelegt ist, durch verschiedene Bedingungen eingeengt. Der Störpegel ist unterhalb von 50 Hz durch das allgemeine Grundgeräusch bestimmt, das sich wiederum aus dem Meeresgrundgeräusch (Tiefwasser, Flachwasser, Bucht) und den Beiträgen aus dem weiter entfernten Schiffsverkehr zusammensetzt. Schließlich können in diesem Bereich je nach der Gewässertiefe Sperrfrequenzen auftreten. Andererseits strahlt ein Überwasserschiff mit höchster Intensität, wie auch etwa aus Fig. 1 hervorgeht, bis zu etwa 300 Hz. Für höhere Frequenzen sinkt der Pegel mit etwa 6 dB pro Oktave. Das Torpedo- Spektrum wird in diesem Bereich durch die Blatt/Drehzahl- Harmonischen geprägt. Daß diese Frequenzen mit hoher Intensität belegt sein können, ist experimentell nachweisbar. Fig. 5 zeigt ein typisches Torpedo-Eigengeräusch und gibt mit 20 die spektrale Verteilung und mit 21 und 22 Komponenten des Drehklangs, d. h. der Propellerblattzahl-Drehzahl- Harmonischen an. Wenn nun erfindungsgemäß die Betriebsfrequenz der Anordnung zwischen die ausgeprägten Frequenzen 21 und 22 gelegt und gegebenenfalls mit der Fahrstuufe des Torpedos umschaltbar ist, so ist in diesem Bereich der Störschall minimal, wenn also beim Schiff eine Tonkomponente, beim Torpedo eine Rauschkomponente, vorliegen würde. Da der Drehzahltakt bei größeren Schiffen wesentlich niedriger liegt als beim Torpedo, fallen mehrere Tonkomponenten vom Ziel in dieses Frequenzband. Statistische Untersuchungen zur Dichte von diskreten Spektralkomponenten zeigen, daß das Empfangsband sogar enger gemacht werden kann. Dieses kommt der Peilschärfe zugute.Now the working frequency, which is determined by the working wavelength, is restricted by various conditions. The noise level below 50 Hz is determined by the general background noise, which in turn is composed of the ocean floor noise (deep water, shallow water, bay) and the contributions from distant shipping traffic. Finally, depending on the depth of the water, blocking frequencies can occur in this area. On the other hand, a surface ship radiates with the highest intensity, as can also be seen from FIG. 1, up to about 300 Hz. For higher frequencies, the level drops by about 6 dB per octave. The torpedo spectrum is characterized in this area by the leaf / speed harmonics. It can be demonstrated experimentally that these frequencies can be occupied with high intensity. FIG. 5 shows a typical torpedo intrinsic noise and indicates the spectral distribution with 20 and with 21 and 22 components of the rotary sound, ie the number of propeller blades and the speed harmonic. If, according to the invention, the operating frequency of the arrangement is now between the pronounced frequencies 21 and 22 and can optionally be switched over with the speed of the torpedo, then the interference noise is minimal in this area, if there were a sound component in the ship and a noise component in the torpedo. Since the speed clock is much lower for larger ships than for the torpedo, several sound components fall from the target into this frequency band. Statistical studies on the density of discrete spectral components show that the reception band can even be narrowed. This benefits the bearing sharpness.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 6 sind die Sensoren 10, 11, 13-16 mit ihren Beschaltungen 24 zwecks Anpassung dargestellt. Die Sensorsignale sind Summationsgliedern 25 und den Gliedern 26 zur Detektion und 27 zur Peilung zugeführt und schließlich an eine Automatik 28 für die Angriffskinematik zur Bestimmung des jeweiligen Laufprogramms weitergemeldet. Die Automatik 28 beaufschlagt eine Filtersteuerung 29 zur Umschaltung der Filter 30, die gleichzeitig je Sensorkanal die Phasendrehung leisten. Die Zahl der Zustände der Filtersteuerung 29 wird entsprechend der Zahl der Fahrstufen gewählt.In the block diagram of FIG. 6, the sensors 10, 11, 13-16 shown with their wirings 24 for adjustment. The sensor signals are fed to summation elements 25 and the elements 26 for detection and 27 for direction finding and finally reported to an automatic system 28 for the attack kinematics for determining the respective running program. The automatic system 28 acts on a filter control 29 for switching over the filters 30 , which simultaneously perform the phase shift for each sensor channel. The number of states of the filter control 29 is selected in accordance with the number of speed steps.

Wie dargestellt, sind für Peilaufgaben zwei Anordnungen der beschriebenen Art vorzusehen. Der Querabstand ist dabei durch die äußerste Lage beschränkt, die die vorderen Sensoren einnehmen können, was wiederum durch die Kopfform des Torpedos bestimmt ist. Gegebenenfalls kann eine Anordnung in den Seitenlinien in der Mitte des Torpedos vorgesehen werden. An Stellen hydrodynamischer Erregung, d. h. an Stellen starker Krümmung der Hüllenkontur, muß die Anordnung der Sensoren vermieden werden.As shown, there are two arrangements for DF tasks to provide the type described. The cross distance is limited by the outermost layer, which is the front Sensors can take, which in turn by the Head shape of the torpedo is determined. If necessary an arrangement in the side lines in the middle of the torpedo be provided. More hydrodynamic in places Excitement, d. H. in places of strong curvature of the envelope contour, the arrangement of the sensors must be avoided.

Claims

1. Arrangement in a torpedo for the detection and deactivation of acoustic deceptors, which are towed or released by watercraft for their own protection and the torpedo attack sonar works in the frequency range of the deceiver, whereby the watercraft and the torpedo as sound sources lie in approximately the same frequency range, characterized that on the attack sonar (12) other water-borne sound sensors in the outer skin of the head portion of the torpedo are additionally (10 to 16) attached, which at the same time suppression of the self-noise of the torpedo is set the operating frequency in lower frequency ranges.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a Sensor near the receiving base of the attack sonar and the additional sensors in the outer skin of the front fuselage area of the torpedo are arranged.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Interact sensors in pairs.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that a Suppression of intrinsic noise from the torpedo through a phase control per sensor.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Operating frequency between the torpedo radiated discrete Spectral components.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the operating frequency can be switched with the speed levels of the torpedo is.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that a double arrangement of the additional sensors to enable this the bearing is provided.