DE2929201C2 - Signal generator for simulating sonar echoes for an underwater sonar system - Google Patents
Signal generator for simulating sonar echoes for an underwater sonar systemInfo
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Description
6565
Die Erfindung bezieht sich auf einen Slgnalgenerator zur Simulation von Sonarechos für eine Unterwasser-Sonaranlage, die /i Kanalverstärker aufweist, zur Übertragung der Im Normalbetrieb von den Sonarempfängern aus den Sonarechos erzeugten Signale.The invention relates to a signal generator for simulating sonar echoes for an underwater sonar system, the / i has channel amplifiers for transmitting the In normal operation from the sonar receivers signals generated from the sonar echoes.
Unterwasser-Sonaranlagen sind Geräte, welche mit akustischer Energie arbeiten und Aufschluß über ein jeweiliges Unterwassergebiet geben. Die akustische Energie wird dabei mit Sonarsendem abgestrahlt und die vom Boden oder Gegenständen reflektierten Echos werden mit Sonarempfängern erfaßt. Nach einer anschließenden Verarbeitung der von den Sonarempfängern <sus den Sonarechos erzeugten Signale werden diese zur Darstellung der Unterwassersituation einer Wiedergabeeinrichtung zugeführt. Unterwasser-Sonaranlagen eignen sich daher In besonderer Weise für militärische Zwecke, und zwar zur Unterwasseraufklärung sowie zur Einleitung i.3stimmter Angriffs- und/oder Abwehrmaßnahmen.Underwater sonar systems are devices that work with acoustic energy and provide information about a enter the respective underwater area. The acoustic energy is radiated with sonar and that from the Echoes reflected from the ground or objects are recorded with sonar receivers. After a subsequent Processing of the messages from the sonar receivers Signals generated by sonar echoes are used to represent the underwater situation of a playback device fed. Underwater sonar systems are therefore particularly suitable for military purposes, and for underwater reconnaissance and for the initiation of specific attack and / or defense measures.
Bei der Simulation einer Unterwasser-Sonaranlage 1st es am sinnvollsten, die eigentliche Anlage möglichst unverändert zu lassen und lediglich die Signale zu simulieren, weiche die Sonarempfänger normalerweise aus den Sonarechos erzeugen. Dies Ist jedoch nicht ganz einfach, wsll hierfür eine große Zahl von steuerbaren Signal generatoren erforderlich 1st, um die den Sonarempfängern nachgeschalteten Kanalverstärker mit Signalen zum Simulieren der verschiedensten Sonarechos zu speisen.When simulating an underwater sonar system, it makes most sense to use the actual system if possible To leave unchanged and only to simulate the signals, the sonar receivers usually evade generate the sonar echoes. However, this is not very easy, as there would be a large number of controllable signal generators for this purpose is required to supply the channel amplifiers downstream of the sonar receivers with signals to the Simulate a wide variety of sonar echoes.
Bei der Erzeugung von Signalspannungen ist es auch bekannt, die gewünschten Spannungen svnthetlsch nachzubilden. In »Electronics Letters« vom 18. August 1977, S. 506 bis 508, Ist z. B. eine Schaltungsanordnung für einen Funktionsgenerator abgebildet, welche durch stückweises Zusammensetzen hyperbolischer Tangensfunktionen eine Sinusspannung für den Bereich von ± 360° synthetisch erzeugt. Für die Erzeugung von Signalspannungen beispielsweise zur Simulation einer Vielzahl unterschiedlicher Signalechos einer Unterwasser-Sonaranlage Ist eine synthetische Signalerzeugung viel zu aufwendig und daher unbrauchbar.When generating signal voltages, it is also known to simulate the desired voltages in a simple manner. In "Electronics Letters" of August 18, 1977, pp. 506 to 508, is z. B. a circuit arrangement for a function generator mapped, which by piecing together hyperbolic tangent functions a sinusoidal voltage for the range of ± 360 ° is synthetically generated. For the generation of Signal voltages, for example, to simulate a large number of different signal echoes from an underwater sonar system Synthetic signal generation is far too complex and therefore useless.
Zum Schutz von Unterseebooten gegen Echolo'suchgeräte Ist es weiterhin bekannt Inhomogenitätsstellen In der Umgebung eines Bootes auszulesen. Mit Hilfe von Gasbläschenwolken, durch Ausstoßen von Luft oder geeigneten Chemikalien läßt sich z. B. die Dichte des Wassers beeinflussen und so Zonen Im Wasser erzeugen, welche beim Auftreffen von Schallstrahlen Echos hervorrufen. Der Standort eines Unterseebootes kann auf diese Welse wirksam verschleiert werden (DE-PS 8 55 375).To protect submarines against Echolo's detectors, it is still known inhomogeneity points in the surroundings of a boat. With the help of gas bubble clouds, by expelling air or suitable chemicals can be z. B. the density of the Influence water and thus create zones in the water, which cause echoes when sound beams hit. The location of a submarine can be effectively disguised on this catfish (DE-PS 8 55 375).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Signalgenerator mit wenig Aufwand zur Simulation einer Vielzahl unterschiedlicher Signalechos für eine Unterwasser-Sonaranlage vorzusehen. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung der Signalgenerator aus m programmierbaren ElnzelgeneratoreT mit jeweils /; Signalausgängen besteht, die mit je einem zugeordneten Eingang von jeweils m Eingänge aufweisenden und mit Ihren Ausgängen je einen zugeordneten Kanalverstärker speisenden /1 Summlerverstärkern verbunden sind.The present invention is based on the object of providing a signal generator with little effort for simulating a large number of different signal echoes for an underwater sonar system. This object is achieved in that, according to the invention, the signal generator consists of m programmable individual generators, each with /; There are signal outputs that are each connected to an assigned input of m inputs each having and to their outputs each feeding an assigned channel amplifier / 1 buzzer amplifiers.
Der erfindungsgemäße Signalgenerator Ist mit relativ geringem Aufwand aufgrund der Verkopplung und Steuerung der Einzelgeneratoren In der Lage, eine große Zahl unterschiedlicher Signale zu erzeugen, so daß sich hiermit die zur Nachbildung eines weiten Bereichs verschiedener Unterwassersltüatlönefi erforderlichen Sonarechos simulieren lassen. Dabei Ist es zweckmäßig, die Einzelgeneratoren als Sinusgeneratoren aufzubauen, welche bei Ansteuerung eines zugeordneten Programmelngangs Signale für alle der η Signalausgänge erzeugen. Die erzeugten Sinussignale können dabei gemäß den vorteil-The signal generator according to the invention is able to generate a large number of different signals with relatively little effort due to the coupling and control of the individual generators, so that the sonar echoes required to simulate a wide range of different underwater signals can be simulated. It is useful to set up the individual generators as sine wave generators, which generate signals for all of the η signal outputs when an assigned program channel is activated. The generated sinusoidal signals can be used according to the advantageous
haften Ausgestaltungen nach den Unteransprüchen In Ihren Phasenlagen zueinander, In Ihrer Dauer, der Amplitude und Wiederauslösung programmiert werden, um die verschiedensten Sonarechos zu simulieren. Eine synthetische Signalerzeugung würde schon beim Aufbau eines Einzelgenerators einen großen Aufwand bedeuten und damit den Gesamtaufbau eines Signalgenerators unvertretbar hoch werden lassen.Adhesive designs according to the subclaims in their phase positions to each other, in their duration, the amplitude and re-triggering can be programmed to simulate a variety of sonar echoes. A synthetic one Signal generation would already mean a lot of effort and expense when setting up a single generator thus making the overall structure of a signal generator unacceptably high.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: ι οThe invention is illustrated by means of the accompanying drawings explained in more detail. It show: ι ο
Flg. 1 ein Blockschaltbild eines Unterwasser-Sonarslmulators, Flg. 1 is a block diagram of an underwater sonar simulator,
Flg. 1 ein Blockschaltbild des Signalgenerators nach Flg. I,Flg. 1 shows a block diagram of the signal generator according to FIG. I,
Flg. 3 einen Einzelgenerator gemäß Flg. 2. isFlg. 3 a single generator according to Flg. 2. is
Wie das Blockschaltbild nach Flg. 1 zeigt, besteht der Unterwasser-Sonarslmulator aus einer Unterwasser-Sonaranlage 1 und einem Signalsimulator 2. Die Unterwasser-So naiun! age 1, für die eine bekannte Anlage eingesetzt werden kann, besteht dabei aus Sende- und Empfangsgeräten 3, aus einem Signalauswertegerät 4 und aus einer Such- und Klassifizieranzeigevorrichtung 5. Zur Simulation von Unterwassersituationen steht rie Unterwasser-Sonaranlage 1 mit dem Signalsimulator 2 In einer gegenseitigen Funktionsverbindung. Hierbei steuern ausgewählte Bedienungsbefehle ein Im Signalsimulator 2 vorgesehenes Sonar-Slmulatlonsmodell 6 an, das seinerseits In Abhängigkeit von weiteren zur Simulation elngebbaren Eingangsgrößen einen ebenfalls Im Signalsimulator 2 vorgesehenen Signalgenerator 7 ansteuert. Die J0 Ausbildung des Signalgenerators 7 wird nachfolgend näher beschrieben.Like the block diagram according to Flg. 1 shows, the underwater sonar simulator consists of an underwater sonar system 1 and a signal simulator 2. The underwater Sun naiun! age 1, for a known system can be used, this consists of transmitting and receiving equipment 3, of a Signalauswertegerät 4 and from a search and Klassifizieranzeigevorrichtung 5. For the simulation of underwater situations is ri e Un t erwasser sonar system 1 with the signal Simulator 2 In a mutual functional connection. Here, selected operating commands control a sonar simulation model 6 provided in the signal simulator 2, which in turn controls a signal generator 7 also provided in the signal simulator 2 as a function of further input variables that can be given for the simulation. The J0 design of the signal generator 7 is described in more detail below.
Das Blockschaltbild nach Flg. 2 zeigt den Signalgenerator 7, welcher aus zehn programmierbaren Einzelgeneratoren 10 und fünfzehn Summlerverstärkern 11 besteht. Jeder Einzelgenerator 10,. 1O2. . . 10m besitzt fünfzehn Signalausgänge, die jeweils mit einem zugeordneten Eingang der zehn Eingänge aufweisenden Summlerverstärker 11„ verbunden sind. So liegen an den zehn Eingängen des Summlerverstärkers 11.7 jeweils die Ausgänge -7 der Elnzelgenerat^ren 10m, während mit den zehn Eingängen des Summlerverstärkers H0 jeweils die Ausgänge 0 der zehn Einzelgeneratoren 10m verbunden sind. Im dargestellten Beispiel läuft die Zahl m somit von m - 1 bis m = 10, während η von η = -7 über η = 0 bis η = +7 läuft und somit fünfzehn Werte annimmt. Die Ausgänge der fünfzehn Su-nmierverstärker 11 speist η jeweils fünfzehn Kanalverstärker einer vorhandenen Sonaranlage 1 und simulieren damit die Im Normalbetrieb von den Sonarempfängern aus den Sonarechos erzeugten Signale.The block diagram according to Flg. 2 shows the signal generator 7, which consists of ten programmable individual generators 10 and fifteen buzzer amplifiers 11. Each individual generator 10. 1O 2 . . . 10 m has fifteen signal outputs, each of which is connected to an assigned input of the ten-input buzzer amplifier 11 ″. So the Summlerverstärkers 11. 7 lie on the ten inputs of each of the outputs of the Elnzelgenerat -7 ^ ren 10 m, while in each case the outputs 0 of the ten individual generators 10 are connected to the m inputs of the ten Summlerverstärkers H 0th In the example shown, the number m thus runs from m - 1 to m = 10, while η runs from η = -7 via η = 0 to η = +7 and thus takes on fifteen values. The outputs of the fifteen sonar amplifiers 11 feed each fifteen channel amplifiers of an existing sonar system 1 and thus simulate the signals generated from the sonar echoes by the sonar receivers during normal operation.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen Ist. hat jeder Etnzelgenerator 10m fünfzehn Ausgänge, an denen er, wie Flg. 3 zeigt, bei ertsprechender Ansteuerung Sinussignale ausgibt. Zur Auslösung der Sinussignale sind die Einzelgeneratoren 10m mit vier programmierbaren Eingangsstufen 12, 13, 14, 15 versehen. Die Eingangsstufe 12 Ist zur Beeinflussung der Intensität der Signale bestimmt, die beim vorliegenden Ausführungsbelsplel In 8 Stufen entsprechend 3 bit eingestellt werden kann Hiermit kann die Entfernung und die Reflexlonselgenschaft eines darzustellenden Objektes verändert und je nach Aufgabenstellung vorgegeben werden. Die Eingangsstufe 13 bestimmt bei Ihrer Ansteuerung den Einsatzzeltpunkt der Sinussignale, so· daß sich hiermit die Entfernung eines simulierten Slgrialechos Verändern läßt. Im vorliegenden Ausführungsbelsplel Ist eine Programmierung mit 8 bit entsprechend 256 Abstandstufen Vorgesehen. Mit der weiterhin Vorgesehenen FJ-agangsstufe 14 wird die Dauer der ausgelösten Slnusslgnale bestimmt, wobsl eine Programmierung ebenfalls Innerhalb von 8 bit entsprechend 256 Stufen möglich Ist. Die schließlich noch vorgesehene Eingangsstufe 15 verändert bei Ihrer Ansteuerung d*e Phasenlagen der Sinussignale in gleichmäßigen Abständen zueinander. Die Programmierung Ist dabei Innerhalb 6 bit entsprechend 64 Stufen möglich, so daß sich Sonarechos bei einer Rundumabstrahlung, d. h. von - 180° bis +180° In Abständen von 5, 63° simulieren lassen. In der Darstellung nach Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Phasenlagen der erzeugten Sinussignale konstante Abstände untereinander haben. .As can be seen from FIG. Each individual generator 10 m has fifteen outputs at which it, like Flg. 3 shows that outputs sinusoidal signals when triggered. To trigger the sinusoidal signals, the individual generators 10 m are provided with four programmable input stages 12, 13, 14, 15. The input stage 12 is intended to influence the intensity of the signals, which in the present embodiment can be set in 8 stages corresponding to 3 bits. When it is activated, the input stage 13 determines the point at which the sinusoidal signals start, so that the distance of a simulated signal echo can be changed. In the present embodiment, programming with 8 bits corresponding to 256 distance steps is provided. With the FJ output stage 14, which is also provided, the duration of the triggered input signals is determined, whereby programming is also possible within 8 bits, corresponding to 256 stages. The input stage 15, which is finally provided, changes the phase positions of the sinusoidal signals at regular intervals when it is activated. The programming is possible within 6 bits corresponding to 64 steps, so that sonar echoes can be simulated with an all-round radiation, ie from - 180 ° to + 180 ° at intervals of 5, 63 °. In the illustration according to FIG. 3 it can be seen that the phase positions of the generated sinusoidal signals have constant distances from one another. .
Der erfindungsgemäße Signalgenerator 7 ermöglicht eine Darstellung von zehn Sonarechos auf der Such- und Klassifizieranzeigevorrichtung 5. Für eine wirklichkeitsnahe Simulation von Unterwassersituationen ist dies jedoch zu gering. Zur Erhöhung der darstellbaren Sonarechos werden daher die simulierten Echosignale nur einem Bruchteil der Such- und Klassifiziereinrichtung 5 zugeordnet, während der Rest mit neu erzeugten Sonarechos des Signalgenerators versorgt wird. Es hat sich dabei als sinnvoll herausgestellt, dit Anzeigefläche der Such- und Klasslfizlerelnrlchtung 5 in mehrere Streifen einzuteilen, und olese Einteilung mit der Bereichsumschaltung zu koppeln. Die nachfolgende Tabelle gibt dabei die beim Ausführungsbeispiel gewählte Einteilung und die uamlt darstellbaren Echos an.The signal generator 7 according to the invention enables ten sonar echoes to be displayed on the search and Classification display device 5. For a realistic simulation of underwater situations, this is but too little. The simulated echo signals are therefore only used to increase the sonar echoes that can be displayed assigned to a fraction of the search and classification device 5, while the rest with newly generated sonar echoes of the signal generator is supplied. It has proven to be useful to use the display area of the Search and classification device 5 in several strips to be divided, and olese division with the range switching to pair. The following table gives the classification selected in the exemplary embodiment and the echoes that can be displayed.
Bereich (m) Area (m)
Zahl der Streifen max. EinzelechosNumber of stripes max
Der Signalgenerator 7 kann durch eine entsprechende Programmsteuerung zur Darstellung realistischer Unterwassersituationen benutzt werden. Dabei können die Größe und die Struktur von simulierten Objekten durch mehrere unmittelbar nebeneinander anzuordnende EInzelechos bestimmt werden. Die Zahl der Einzelechos hänet dabei von dem Sichtwinkel ab, unter dem das Objekt In der Wirklichkeit vom Sonar-Sender angestrahlt wird und von der Trennschärfe der Echodarstellung. Daraus folgt, daß ein simuliertes Zlelabjekt bei großer Entfernung, z. B. durch ein Punktecho und bei geringer Entfernung durch mehrere Punkte darzustellen ist. Dem Signalgenerator 7 kann dabei auch noch ein Rauschgenerator zugeordnet sein, um gegebenenfalls verrauschte Sonarechos wie In der Wirklichkeit zu simulieren. Diese Aufgaben und die dazu erforderlichen Sonarechos können durch eine entsprechende Programmsteuerung des Signalgenerators 7 erzeugt werden, wobei als Trennschärf, ein Winkel gilt, bei dem zwei In der Wirklichkeit vorhandene Objekte gerade noch als zwei getrennte Echos zu erkennen und damit zu simulieren sind. Der Signalgenerator Ist somit durch entsprechende Programmsteuerung in der Lage, den zahlreichen Forderungen zu genügen and geeignet, Bedienungspersonal zum Umgang mit Unterwasser-Sonaranlagen, ohne sich Im Einsatz zu befinden, zu schulen,The signal generator 7 can be used by an appropriate program control to represent realistic underwater situations. The size and structure of simulated objects can be determined by several individual echoes to be arranged directly next to one another. The number of individual echoes hän t e case of the view angle from, at which the object is irradiated In reality, the sonar transmitter and the selectivity of the echo display. It follows that a simulated target object at a great distance, e.g. B. is to be represented by a point echo and at a short distance by several points. A noise generator can also be assigned to the signal generator 7 in order to simulate noisy sonar echoes, such as in reality, if necessary. These tasks and the sonar echoes required for them can be generated by a corresponding program control of the signal generator 7, an angle at which two objects present in reality can just be recognized and thus simulated as two separate echoes applies as selectivity. The signal generator is thus able to meet the numerous requirements by means of appropriate program control and is suitable to train operating personnel to use underwater sonar systems without being in action,
BezugszlffernllsteReference numerals
1 Unterwasser-Sr,naranlage1 underwater supply system
2 Signalsimulator2 signal simulator
3 Sende- und Empfangsgeräte3 transmitting and receiving devices
Slgnalauswertt'gerätSignal evaluation device
Such- und Klassirizleranzelgevorrlchlung Sonar-Slmuiaüonsmodell SignalgeneratorSearch and classification panel device Sonar signal model Signal generator
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