DE3034096C2

DE3034096C2 -

Info

Publication number: DE3034096C2
Application number: DE3034096A
Authority: DE
Inventors: Phillip Leicester Montagu Yeovil Marsh Yeovil Somerset Gb Johnson
Original assignee: GEC Marconi Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1991-06-06
Also published as: DE3034096A1; FR2465233B1; FR2465233A1; US4330876A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sonarsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Sonarsystem ist aus der DE-OS 29 27 790 und aus der US-PS 36 57 693 bekannt. Das Sonarsystem nach der an erster Stelle genannten Druckschrift ist für kurze Reichweiten mit breitem Erfassungswinkel ausgelegt und erfordert demgemäß auch nur eine einzige Fourier-Transformation für die Signalanalyse. Auf die Anwendung im Fernbereich ist die dieser Druckschrift entnehmbare Lehre nicht ohne weiteres übertragbar. Beim System nach der an zweiter Stelle genannten Druckschrift wird ein ebenes Wandlerfeld verwendet, wobei das Hauptaugenmerk darauf gerichtet ist, Mehrdeutigkeiten in den empfangenen Signalen aus positiven und negativen Azimut-Winkeln zu eliminieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sonarsystem der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, daß es sich besonders für Anwendungen eignet, bei denen eine seitliche Strahlschwenkung durchgeführt werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Beim erfindungsgemäßen System wird der bei Seitensichtsystemen unerwünschte Effekt der divergierenden Strahlenbündel beseitigt, indem durch Verändern der Taktfrequenz des Multiplexers die Strahlenbündel parallel zueinander ausgesendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des holographischen Sonarprinzips,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems zur Peilwinkelbestimmung gemäß der Erfindung mit einem linearen Feld aus längs einer geraden Linie im Abstand voneinander angeordneten Empfangswandlern,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems zur Peilwinkelbestimmung nach der Erfindung mit Vorrichtungen zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines vereinfachten Sonarsystems nach der Erfindung mit Vorrichtungen zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems nach der Erfindung, das so ausgebildet ist, daß eine Schwenkung mit geometrisch parallelen Strahlenbündeln erzielt wird,

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Richtstrahlwinkels des Sonarsystems,

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Weglängenunterschieds zwischen einem außenliegenden Element und einem in der Mitte liegenden Element eines Empfangswandlerfeldes,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems nach der Erfindung, das so ausgebildet ist, daß Winkelverschiebungen des Sonargeräts kompensiert werden, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Sonarsystems nach der Erfindung mit einem kreisförmigen Empfangswandlerfeld.

In der Zeichnung sind Blöcke, die die gleichen Funktionen ausführen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Holographie ist im optischen Sinn ein genau definiertes Konzept, nach dem das Hologramm durch Interferenz der interessierenden Wellenfront mit einer Bezugswellenfront erzeugt wird. Beide Wellenfronten werden von der gleichen Quelle abgeleitet, so daß Phasen- und Frequenzkohärenz vorliegt. Das resultierende Interferenzmuster wird als Hologramm bezeichnet; es weist keine zeitliche Änderung auf. Dieses Hologramm wird auf einem transparenten Aufzeichnungsträger aufgezeichnet und unter Verwendung einer Linse zur Erzeugung eines Bildes einer Fourier-Transformation unterzogen.

Das gleiche System kann auch auf akustische Weise mit einigen praktischen Vereinfachungen nachgebildet werden, wie nun im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wird. In Fig. 1 ist ein geradliniges Feld aus Sonarwandlern 10 dargestellt, die jeweils mit einer Vorverstärker- und Filtereinheit 11, einem Modulator 12 und einem Tiefpaßfilter 13 in Verbindung stehen, so daß mehrere Empfangskanäle entstehen, deren Ausgänge einer herkömmlichen Strahlformungsvorrichtung 14 zugeführt werden. Die Modulatoren werden jeweils über einen Phasenschieber 15a von einem Sonarfrequenzgenerator 15 gespeist. Der Generator 15 speist auch einen Sendewandler 16. Das Wandlerfeld empfängt ausgesendete Sonarsignale, nachdem sie an einem Objekt reflektiert worden sind.

Die Anordnung von Fig. 1 erzeugt auf elektronische Weise im Sonarfrequenzgenerator 15 und im Phasenschieber 15a eine Bezugsschwingung. Die Ausgangssignale der Filter 13 bilden das elektrische Äquivalent eines optischen Hologramms, und eine Fourier-Transformation kann unter Verwendung eines herkömmlichen Strahlformers 14 durchgeführt werden. Ein solches System ist natürlich komplizierter als herkömmliche Systeme, jedoch wird das Interferenzmuster bei einer aufeinanderfolgenden Abtastung der Ausgangssignale jedes Kanals aus einem räumlichen Hologramm in ein zeitliches Hologramm umgesetzt, und die Fourier-Transformation kann unter Verwendung eines Spektrumanalysators im Zeit/ Frequenz-Bereich durchgeführt werden, wobei die Differenzfrequenz in Abhängigkeit vom Peilwinkel eines das Sonarsignal reflektierenden Objekts variiert. Ein solches System ist in Fig. 2 dargestellt. Bei diesem System wird das Ausgangssignal jedes Empfangswandlers 10 über einen Vorverstärker 11a und ein Filter 11b einem Modulator 12 zugeführt, der das Sonarsignal als Modulationsfrequenz empfängt. Jeder Modulator speist einen anderen Eingang eines von einem Taktgenerator 18 angesteuerten Multiplexers 17. Das Ausgangssignal des Multiplexers wird über eine einzige Leitung und einen Dynamikkompressor 19, der mit zeitabhängiger Verstärkungsregelung oder mit einer von Nachhallstörungen abhängigen Verstärkungsregelung arbeiten kann, einem Spektrumanalysator 20 zugeführt.

Wie zu erkennen ist, enthält der Spektrumanalysator eine Gruppe von Filtern 21, deren Ausgangssignale über einen Videomultiplexer 22 einer Bildwiedergabevorrichtung 23 zugeführt wird. Der Videomultiplexer 22 wird zweckmäßigerweise vom Taktgenerator 18 angesteuert, jedoch könnte er auch mit einer anderen Frequenz als der Multiplexer 17 angesteuert werden. Die Filter 21 können zweckmäßigerweise Filter aus ladungsgekoppelten Bauelementen sein.

Die Beziehung zwischen der Differenzfrequenz und dem Peilwinkel läßt sich aus der am Ende der Beschreibung angegebenen mathematischen Ableitung erkennen.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung liefert beiderseits der Mittelachse des abgestrahlten Sonarsignals im gleichen Abstand von dieser Mittelachse jeweils die gleiche Frequenzkomponente bezüglich reflektierender Objekte, so daß es zu einer Mehrdeutigkeit des empfangenen Signals kommen kann. Diese Mehrdeutigkeit kann mit Hilfe geeigneter Maßnahmen, beispielsweise durch den Vergleich der 90°-Komponenten mit den phasengleichen Komponenten des holographischen Signals aufgelöst werden. Ein solches System ist jedoch kompliziert und bei weitem nicht ideal. Eine bessere Möglichkeit zur Vermeidung der Mehrdeutigkeit ist im Schaltbild von Fig. 3 angegeben, aus dem hervorgeht, daß das System von Fig. 2 durch Einfügen von Phasenverschiebungselementen 24 zwischen den Modulatoren 12 abgewandelt ist, so daß sich Phasenänderungen proportional zur Position des jeweiligen Wandlers in dem Wandlerfeld ergeben. Die auf diese Weise erzielte Hinzufügung einer Phasenverschiebung ist der Einführung einer schrägen Anstrahlung in einem optischen holographischen System analog. Wenn wie zuvor die Ausgangssignale der Modulatoren abgetastet werden, ist das sich aus einem Echo eines in der Strahlungsachse des Sendewandlers befindlichen Objekts resultierende Frequenzsignal kein Gleichstromsignal wie in Fig. 2. Signale, die von einer Seite der Strahlungsachse empfangen werden, verursachen eine Reduzierung der Frequenz, während von der anderen Seite empfangene Signale eine Vergrößerung der Frequenz hervorrufen. Durch eine sorgfältige Auswahl der Phasenlage kann auf diese Weise die Mehrdeutigkeit beseitigt werden. Das in Fig. 3 dargestellte System ist immer noch ziemlich kompliziert, jedoch hat es gegenüber herkömmlichen Systemen den Vorteil, daß auf das Signal eine Dynamikkompression vor der Analyse des kombinierten Signals angewendet werden kann. Die verwendeten Modulatoren können Ringmodulatoren sein, d. h. daß sie von einem Rechtecksignal angesteuert werden und das Signal in jedem Halbzyklus einfach invertieren. Als Phasendifferenz zwischen den Elementen kann der Wert π gewählt werden. Wenn die Schaltfrequenz des Multiplexertakts vom gleichen Oszillator wie beim Mischer abgeleitet wird, liegt eine starre Phasenverriegelung vor. Da der Multiplexer mit jedem Halbzyklus eine Verschiebung zum nächsten Abtastwert vornimmt und die Mischerphase an jedem zweiten Kanal invertiert ist, tritt keine Phasenänderung auf. Folglich können die Mischer weggelassen werden, und der Multiplexer kann sowohl zur Vertiefung mittels des Schaltvorgangs und zur Einführung einer Phasenverschiebung als Ergebnis der sequentiellen Abtastung angewendet werden. Der gesamte holographische Prozeß kann durch den Multiplexer ersetzt werden. Dies führt natürlich zu einer beträchtlichen Vereinfachung des Systems. Das vereinfachte System ist in Fig. 4 dargestellt. Das Ausgangssignal des Multiplexers ist ein Hologramm im Zeitbereich. Die Frequenz entsprechend dem Fall der Lage auf der Achse ist nun die gleiche wie der akustische Wert.

Da das Hologramm am Ausgang des Multiplexers gebildet wird, steht die ganze Information an einem einzigen Kabel zur Verfügung, so daß sie unter Verwendung einer AVR-Anordnung von der Übertragung zu einem Schleppkabel komprimiert werden kann. Der Spektrumanalysator befindet sich auf einem Schleppschiff, und das Ausgangssignal wird zur Ansteuerung der Anzeigeanordnung verwendet.

In der qualitativen Beschreibung der Wirkungsweise des Systems ist angenommen worden, daß die Taktfrequenz des Multiplexers zweimal so groß wie die Schallfrequenz ist. Durch eine sorgfältige Analyse kann gezeigt werden, daß der Wert dieser Frequenz nicht kritisch ist und daß durch eine geeignete Auswahl gewisser Frequenzen für verschiedene Bedingungen nichtdivergierende Strahlenbündel erzeugt werden können.

Eine vollständige Analyse dieser holographischen Lösungsmöglichkeit ist am Ende dieser Beschreibung angegeben.

Das Strahlungsdiagramm für diesen holographischen Lösungsweg ist im Frequenzbereich durch folgende Gleichung definiert:

darin sind:
α=kb sin R
k=die Schallwellenzahl
b=der Elementabstand
R=der Steuerwinkel
T=die Multiplexer-Periodendauer (für eine Abtastung)
n=die Anzahl der Elemente im Wandlerfeld
ω=die Kreisfrequenz der akustischen Welle.

Es gibt auch eine zweite Gruppe von Frequenzen, die zentrisch um eine Frequenz -ω₀t liegt. Wenn jedoch die Multiplexerperiode zu kurz gemacht wird, so daß gilt: ω₀ T<π, dann setzt sich das negative Frequenzspektrum in den Bereich positiver Frequenzen fort und kann Anlaß zu Mehrdeutigkeiten geben. Die am Ende dieser Beschreibung angegebene mathematische Ableitung zeigt, daß die Wahl der Taktfrequenz nicht direkt von der Schallfrequenz abhängt.

Das Videoausgangssignal wird durch Abtasten des Spektrums erhalten. Der Betrag der Energie in einem gegebenen Band ist das Z-Modulationssignal oder das Videosignal, während sich der Peilwinkel aus der Abtastung ableitet.

In Seitensichtsystemen ist es erwünscht, geometrisch parallele Strahlenbündel anstelle von divergierenden Strahlenbündeln anzuwenden. Dies kann dadurch erzielt werden, daß mit Ausnahme des in der Mitte befindlichen Wandlerelements alle Elemente ausgeschaltet werden und daß dann mit der Bereichszunahme mehr Elemente in Betrieb gesetzt werden. Das Ergebnis ist eine zeitliche Anpassung an die Bereichsdivergenz in der Weise, daß tatsächlich parallele Strahlenbündel erzeugt werden. Der holographische Prozeß eignet sich gut für dieses Verfahren ohne Vergrößerung der Bandbreite und mit nur geringer Zunahme der Hardware, nämlich des Multiplexer-Taktgebers. Dieser Taktgeber kann in Form eines Mikroprozessors ausgebildet sein, der so programmiert ist, daß er die Frequenz in bezug auf den Echobereich durch Feststellen der Abstrahlung des Sonar-Impulses und durch Feststellen des Empfangs dieses Impulses nach der Reflexion ändert. Eine solche Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt, in der der Mikroprozessor 25 zu erkennen ist.

Das Ausgangsspektrum hat folgende Gleichung:

Bei einem Strahlenbündel, das sich von der Minimalentfernung r zur Maximalentfernung R längs der Linie ZZ′ nach Fig. 6 bewegt, hängt die Größe, um die der Strahl abgelenkt werden muß, von der Entfernung y und von der seitlichen Verschiebung x ab; die Abhängigkeit ist gegeben durch

Das Hauptmaximum für das gelenkte Strahlenbündel tritt auf, wenn gilt:

Bei einem gegebenen Wert von x kann die Frequenz ω für alle Entfernungen konstant gehalten werden, vorausgesetzt, daß sich die Multiplexier-Periodendauer T umgekehrt proportional zur Entfernung y ändert. Als Alternative dazu kann die Multiplexierfreqenz auch linear mit der Entfernung zunehmen.

Da sich die Periodendauer T wie 1/y ändert, ist das Produkt yT konstant, so daß für alle Entfernungen bis zur Beugungsgrenze die Bandbreite Δω entsprechend einer Bahnauflösung Δx konstant ist. Das System kann daher mit parallelen Strahlenbündeln unter Verwendung von Filtern mit konstanter Bandbreite einfach dadurch arbeiten, daß die Taktfrequenz bezüglich der Entfernung eingestellt wird.

Es ist auch zu erkennen, daß die Bandbreite des Ausgangsspektrums auf mω/2π begrenzt ist, wobei m die Anzahl der Strahlenbündel ist.

Signale außerhalb des interessierenden Bereichs können unter Verwendung eines einfachen Filters nach dem Multiplexer unterdrückt werden, was bei herkömmlichen Strahlformern nicht erreicht werden kann. Bei kurzer Entfernung ist das Spektrum sehr schmal, da die Multiplexier-Abtastperioden lang sind. Die zur Strahlidentifizierung angewendete Bandbreite umfaßt mehrere Strahlenbündel, und sie führt eine Summierung der Strahlenbündel durch, so daß bei kurzen Entfernungen die gleiche lineare Auflösung aufrechterhalten wird, die die Beugungsgrenze an der maximalen Entfernung zuläßt. Wenn die Entfernung zunimmt, nimmt die Multiplexier-Abtastperiodendauer ab, wodurch das Spektrum breiter wird und die Anzahl der vom Strahlidentifizierungsfilter erfaßten Strahlenbündel reduziert wird, bis bei der Maximalentfernung nur noch ein Strahlenbündel die Filterbandbreite besetzt. An diesem Punkt ist die Beugungsgrenze der Apertur erreicht, und das Strahlenbündel divergiert bei Entfernungen, die größer als diese maximale Systementfernung sind.

Es ist gezeigt worden, daß die Erzeugung paralleler Strahlenbündel möglich ist, ohne daß eine größere Bandbreite als für divergierende Strahlenbündel in einem herkömmlichen System angewendet wird. Außerdem wird die Erzeugung paralleler Strahlenbündel einfach durch Vergrößern der Multiplexierfrequenz mit der Entfernung erreicht. Der einzige Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei kurzen Entfernungen die zur Abtastung des vollständigen Wandlerfeldes notwendige Abtastperiode in Extremfällen dazu führen kann, daß die Impulse so lang sind, daß die Entfernungsauflösung oder die Impulsbandbreite verschlechtert wird.

In der vorangehenden Beschreibung ist angenommen worden, daß die ankommende Wellenfront eben ist, d. h. daß die Echos aus der Fernfeldzone kommen. In einem praktischen System beträgt die Feldapertur 800 λ, und für den ungünstigsten Fall der Frequenz ergibt dies eine Nahfeldgrenze von 2333 m, was um eine Größenordnung größer als die Maximalentfernung ist. Wenn dem Wandlerfeld ein fester Brennpunkt bei 180 m verliehen wird, ergibt dies nur eine Brennpunkttiefe von 30 m, nämlich 166 m bis 196 m. Daraus ist offensichtlich, daß ein dynamisches Fokussierungssystem angewendet werden sollte. Die oben erläuterte holographische Lösung macht dies überraschend einfach. Die Fokussierungssteuerung erfolgt ebenfalls wieder mit Hilfe der Multiplexer- Taktfrequenz. In diesem Fall wird die Taktfrequenz während jeder Abtastperiode eingestellt.

Es wird nun der in Fig. 7 dargestellte Fall betrachtet. Die Weglängendifferenz zwischen einem das in der Mitte liegende Element (n/2) erreichende Echo und ein das p-te Element erreichende Echo beträgt A_p. Der Wert dieser Weglängendifferenz A_p ist durch folgende Beziehung gegeben:

Die Weglängendifferenz zwischen den Elementen p und p+1 ist durch folgende Beziehung gegeben:

Die äquivalente Zeitdifferenz beträgt:

Die Multiplexer-Periodendauer sollte nun so eingestellt werden, daß die gekrümmte Wellenfront kompensiert wird. Die neue Multiplexer-Periodendauer beträgt:

C

Der Fokussierungsprozeß wird durch Einführen einer Frequenzmodulation mit linearer Periode in das Multiplexer-Adressierungssystem durchgeführt. Die Größe der Abweichung ist der Echoentfernung umgekehrt proportional. Die Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz während der Abtastung wird zur Kompensation größerer Zielentfernungen dynamisch reduziert, bis schließlich im Fernfeld nur mehr eine konstante Taktfrequenz vorhanden ist.

Wenn ein Sonargerät Winkelverschiebungen in Azimuthrichtung ausführt, verschiebt sich das elektronisch gebildete Strahlenbündel um den gleichen Betrag. Dies verursacht einen Zusammenbruch der Bildintegrität, und es hat zur Folge, daß das System schwierig zu betätigen ist. Eine Anordnung, mit der dieses Problem beseitigt wird, ist in Fig. 8 dargestellt.

Am Sonargerät sind Sensoren 30 angebracht, die diese Winkelverschiebung überwachen und die Position des Strahlenbündels elektronisch korrigieren. Dieses Verfahren erfordert es, daß der Sektor größer gemacht wird, damit die Stabilisierungswinkel, also die Größe, um die eine Stabilisierung erforderlich ist, aufgenommen werden können.

Wenn sich der Wandler in Azimuthrichtung verschiebt, dann beträgt der momentane Verschiebungswinkel R(t). Dies führt dazu, daß die Frequenz des Ausgangsspektrums um einen Wert f(t) verschoben wird, der für kleine Winkel dem Verschiebungswinkel R(t) direkt proportional ist. Die Winkelverschiebung des Wandlers ist somit direkt mit dem Ausgangsspektrum gekoppelt. Wenn die Wandlerverschiebung überwacht wird, kann eine entsprechende Korrektur der Lage des Spektrums einfach durch Hinzufügen eines Modulators 31 nach dem Multiplexiersystem erzielt werden.

Die bisher beschriebenen Anordnungen machten von einem geradlinigen Feld aus Empfangswandlern Gebrauch. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch ein kreisförmiges Feld aus Empfangswandlern angewendet werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt; sie enthält ein kreisförmiges Feld 40 aus Empfangswandlern 10. Das Ausgangssignal jedes Wandlers wird einem umschaltenden Multiplexer 41 zugeführt, der einen einzigen Ausgang aufweist, der an einen Nachbildungskorrelator 42 angeschlossen ist, der ein ein Bildwiedergabegerät 43 speisendes Ausgangssignal abgibt. Die Ausgangsfrequenz des kombinierten Signals am Ausgang des Multiplexers 41 hat eine konstante Frequenz, jedoch ist das kombinierte Signal zeitlich bezüglich eines einen bekannten Peilungswinkel anzeigenden Zeitwerts verschoben. Der Nachbildungskorrelator bestimmt die Zeitverzögerung des kombinierten Signals, und er liefert ein den Peilwinkel anzeigendes Signal zur Ansteuerung des Bildwiedergabegeräts.

Es folgt nun die mathematische Ableitung, auf die bereits Bezug genommen wurde.

Mathematische Erklärung der Grundlagen des holographischen Systems

Es wird ein geradliniges Feld aus η Elementen betrachtet, deren Ausgänge nacheinander abgetastet werden. Für eine unter einem Winkel R am Wandler ankommende ebene Welle ist das Ausgangssignal des P-ten Elements durch folgende Gleichung gegeben:

O/Pp = A Cos (ω₀t + ψ(p))

wobei gilt: ψ(p) = Pkb Sin R + ψ
ω₀ = Winkelfrequenz der Schallwelle
k = Schallwellenzahl
b = Abstand zwischen Wandlerelementen.

Der Frequenzanteil des multiplexierten Signals ist

T ist die Abtastperiodendauer.

Der zweite Ausdruck ist negativen Frequenzen zugeordnet; er kann für diesen Anwendungsfall vernachlässigt werden. Der Exponentialausdruck ist ein reiner Phasenwert, der ebenfalls vernachlässigt werden kann. Für Positionsfrequenzen im Spektrum gilt somit

Das Spektrum gleicht in seiner Form dem Strahlungsdiagramm eines geradlinigen Feldes aus η Wandlerelementen, die jeweils durch den Abstand b voneinander getrennt sind.

Bei der angegebenen Analyse wird angenommen, daß die Elemente eine ungerichtete Empfangscharakteristik haben. In der Praxis ist dies jedoch nur selten der Fall. Die Ansprechcharakteristik eines Elements mit der Länge b ist durch folgende Gleichung gegeben:

Das wahre Spektrum ist somit gegeben durch:

Der Ausdruck

steuert die Hüllkurve des Spektralmusters, dessen 3,9 dB-Punkt auftritt, wenn gilt:

Diese Bedingung begrenzt die maximalen und minimalen annehmbaren Frequenzen entsprechend den maximalen Ablenkwinkeln der Empfängerstrahlenbündel.

Der letzte Ausdruck in der Gleichung des Spektrums definiert die Lage des abgelenkten Strahls. Die Maxima treten auf, wenn es gilt:

wobei q eine ganze Zahl ist.

Das erste Maximum tritt auf, wenn gilt: q=0; somit gilt:

(ω₀ - ω) T = - α₀.

Es ist bereits gezeigt worden, daß an den -3,9 dB-Punkten gilt:

Jedoch gilt: α₀ = kb Sin R₀

Es ist zu erkennen, daß der Rand des Sektors allein durch die geometrischen Abmessungen und durch die Schallwellenlänge definiert ist. Er ist völlig unabhängig von der Multiplexierfrequenz. Es ist von Interesse, zu beobachten, daß dies genau an der gleichen Stelle wie die Beugungsgrenze auftritt, die aufgrund der Elementabmessung b vorhanden ist. Da diese Situation vorliegt, verhält sich die Sektorhüllkurve wie eine Funktion sin² nicht wie eine einfache Sinus-Funktion. Dies führt zu einem schnelleren Abfall der Amplitude bezüglich des Peilwinkels.

Die auf der Achse befindliche Strahlbreite bei den -3,9 dB- Punkten ist durch die Bandbreite gegeben, die 1/nT oder der Periode entspricht, die zum Abtasten des gesamten Feldes notwendig ist. Die gleiche Frequenzverschiebung tritt auf, wenn das Strahlenbündel durch

abgelenkt wird, der der gleiche Winkel wie für einen herkömmlichen Strahlformer ist.

Das holographische System verhält sich im wesentlichen ebenso wie ein herkömmliches System, mit der Ausnahme, daß die Hüllkurve oder der Sektor einen schnelleren Abfall an den Enden des Sektors aufweist. Die Multiplexierfrequenz wird nicht genau gesteuert, wobei ein langsames Multiplexieren verhindert, daß eine Überlappung aus dem negativen Frequenzspektrum auftritt, während es zu einer langen Abtastperiodendauer und zu schmalen Bandfiltern des Spektrumanalysators führt. Dies setzt wiederum die Entfernungsauflösung herab und macht das System empfänglicher für Dopplereffekte.

Claims

1. Sonarsystem zur Peilwinkelbestimmung mit einer Generatorvorrichtung zum Abstrahlen eines Sonarsignals und einer Empfangsvorrichtung, die ein Feld aus im Abstand voneinander angeordneten Empfangswandlern enthält, einer von einem taktsignalgesteuerten Multiplexer gebildeten Modulations- und Abtastvorrichtung zur Erzeugung eines kombinierten Signals, das in Form eines wiederholten, sequentiellen Abtastwerts jedes der empfangenen Signale vorliegt, die durch ein Signal moduliert sind, das gleich der Multiplexfrequenz ist, jedoch dazu phasenverschoben ist, und einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Peilwinkelanzeige aus dem kombinierten Signal in Abhängigkeit von dessen Frequenzkomponente oder in Abhängigkeit von der zeitlichen Verschiebung des kombinierten Signals relativ zu einem vorbestimmten Zeitwert, wobei der Multiplexer so ausgebildet ist, daß er jedes der empfangenen Signale nacheinander zur Bildung des kombinierten Signals durchschaltet, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25) zum Feststellen des Zeitintervalls zwischen der Abstrahlung eines Sonarsignals und dem Empfang eines Echos durch einen der Empfangswandler (10) und durch eine Vorrichtung, die als Reaktion darauf die Taktfrequenz in Abhängigkeit von dem Zeitintervall erhöht, damit eine seitliche Strahlschwenkung mit im wesentlichen räumlich parallelen Strahlen erzielt wird.

2. Sonarsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Feststellen der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang eines Echos durch zwei der Wandler und eine Vorrichtung zum Frequenzmodulieren der Taktfrequenz in Abhängigkeit davon, damit das Wandlerfeld fokussiert wird, wenn nichtebene Wellenfronten empfangen werden.

3. Sonarsystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Feststellen der Winkelverschiebung des Wandlerfeldes und zur Erzeugung einer Korrekturfrequenz für das kombinierte Signal und eine Modulationsvorrichtung, die das kombinierte Signal und die Korrekturfrequenz empfängt und ein korrigiertes Ausgangssignal abgibt, das hinsichtlich der Winkelverschiebung kompensiert ist.

4. Sonarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangswandler (10) ein kreisförmiges Wandlerfeld (40) bilden und daß die Zeitverschiebung des kombinierten Signals bezüglich einem vorbestimmten Wert mittels eines Nachbildungskorrelators bestimmt wird.