DE3401865C1

DE3401865C1 - Underwater sound detection system for identifying ship - uses quotient between 2 reception signals provided by transducers with rotationally symmetrical reception diagrams having different aperture angles

Info

Publication number: DE3401865C1
Application number: DE19843401865
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Rer Nat Hoering; Fritz Dipl Phys Kamkalow
Original assignee: Honeywell Elac Nautik GmbH
Current assignee: Wartsila Elac Nautik GmbH
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2004-01-21

Abstract

The system uses two directional sound pick-up transducers (H1, HG2) aligned with the same axis, each having a rotationally symmetrical reception diagram but with a different aperture angle. The output signals are fed to a logarithm and difference stage providing, a signal representing the quotient of the received signals, used to activated a display when a given threshold value is reached. The different transducer may be provided by different elements groups within a common transducer element array. USE - For logging number of ships using sea channel, or for activating marine mine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Schallempfangsanlage gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Anlagen dieser Art können beispielsweise zur Überwachung von schmalen Schiffahrtswegen und Hafeneinfahrten oder zur Schiffszählung in Kanälen und vorgegebenen Wasserstraßen eingesetzt werden. Außerdem können sie zum Aktivieren oder Auslösen von Zündsystemen für Ankertau- und Grundminen dienen, welche ansprechen sollen, sobald ein Schiff in einen bestimmten Gewässerbereich oberhalb der Mine eindringt.The invention relates to an underwater sound receiving system according to the generic term of claim 1. Annexes This type can be used, for example, to monitor narrow shipping lanes and harbor entrances or to Ship counting in canals and given waterways be used. You can also use the Activation or triggering of ignition systems for anchor rope and mines serve, which should respond as soon as a ship in a certain area of water above the mine penetrates.

Aus US-PS 40 83 031 ist ein akustischer Anwesenheitsdetektor dieser Art bekannt, der zur Erfassung von Schiffsgeräuschen in einem bestimmten Gewässerbereich einen gerichteten Empfangswandler sowie zum Erfassen des Umgebungsgeräusches einen akustischen Rundumempfänger aufweist. Jedem der beiden Empfänger ist ein Signalverarbeitungskanal nachgeschaltet, der unter anderem eine Schaltungsanordnung enthält, welche die während einer bestimmten Zeitspanne auftretenden positiv gerichteten Signaldurchgänge des Empfangssignals durch einen vorgegebenen Schwellwert zählt. Die Ausgangssignale der Zählschaltungen beider Kanäle werden anschließend miteinander verglichen und hieraus ein die Anwesenheit eines Schiffes anzeigendes Meldesignal abgeleitet, sofern der von Richtempfängern gespeiste Kanal wenigstens die doppelte Anzahl von Schwellwertdurchgängen meldet wie der an den Rundfunkempfänger angeschlossene Kanal. Es wird dabei vorausgesetzt, daß das Hintergrundsignal, verursacht durch die Meeresbewegung, etwa eine Gauß'sche Verteilung aufweist, während von einem Schiff ausgehende Geräusche von einer solchen Gauß'schen Verteilung mehr oder weniger abweichen. Der zur Auswertung der empfangenen akustischen Signale erforderliche Schaltungsaufwand der bekannten Anlage ist beträchtlich und läßt gleichwohl den Einfluß der Entfernung des Schiffs vom Empfänger und damit den Einfluß der Wassertiefe unberücksichtigt.From US-PS 40 83 031 is an acoustic presence detector known of this type, for the detection of ship noise a directional receiving transducer in a certain area of water as well as to record the ambient noise acoustic all-round receiver. Each of the two recipients is followed by a signal processing channel, which under contains a circuit arrangement, which the during positive-looking occurring over a certain period of time Signal passes of the received signal through a predetermined one Threshold counts. The output signals of the counter circuits both channels are then compared and compared from this a signal indicating the presence of a ship derived if the one fed by directional recipients Channel at least twice the number of threshold passes reports how the connected to the radio receiver Channel. It is assumed that the background signal, caused by the movement of the sea, such as a Gaussian distribution exhibits noise from a ship deviate more or less from such a Gaussian distribution. The one for evaluating the received acoustic signals required circuitry of the known system is considerable and yet leaves the influence of the removal of the Ship from the receiver and thus the influence of the water depth disregarded.

Geht man z. B. von einem rotationssymmetrischen Richtdiagramm des Empfangswandlers aus, so ist bekanntlich der Öffnungswinkel des Diagramms in erster Linie von der geomemtrischen Form und Größe des Empfangswandlers sowie der Empfangsfrequenz abhängig, während die vom Wandler erfaßte Gewässerfläche zusätzlich von der Gewässertiefe abhängt, weil bei einem vorgegebenen Diagrammöffnungswinkel der Durchmesser der erfaßten Wasseroberfläche sich proportional mit der Entfernung und somit der Wassertiefe ändert.If you go z. B. from a rotationally symmetrical directional diagram of the receiving transducer, as is known, is the opening angle of the diagram primarily from the geometrical Shape and size of the receive converter and the receive frequency dependent, while the area of water covered by the transducer also depends on the water depth, because at a given diagram opening angle the Diameter of the detected water surface is proportional with the distance and thus the water depth changes.

Um zu verhindern, daß eine an den Wandler angeschlossene Zähl- oder Zündvorrichtung auf Störgeräusche anspricht, werden nur solche Empfangssignale ausgewertet, welche oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen. Da jedoch die Signaldämpfung mit zunehmender Entfernung stark zunimmt, kann dies dazu führen, daß schwache Signalquellen nicht erfaßt werden, und zwar unabhängig davon, ob dies durch geringe Schiffsgeräusche oder durch eine große Gewässertiefe und somit einen großen Abstand des Wandlers von der Gewässeroberfläche bedingt ist. Wollte man den letztgenannten Einfluß dadurch ausschalten, daß man die Verstärkung in dem dem Wandler nachgeschalteten Auswertekanal in Abhängigkeit von der Gewässertiefe, beispielsweise in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Drucksensors, steuert, so würde dies bei größerer Gewässertiefe zugleich eine intensivere Verstärkung von Störsignalen bewirken, so daß diese unter Umständen ebenfalls den Schwellwert überschreiten.To prevent one connected to the converter Counter or ignition device responds to noise, only those received signals are evaluated which are above a predetermined threshold. However, since the signal attenuation strongly with increasing distance increases, this can lead to weak signal sources are not recorded, regardless of whether this is due to low ship noises or due to a large water depth and thus a large distance from the Transducer is caused by the surface of the water. Wanted to eliminate the latter influence by the fact that the gain in the downstream of the converter Evaluation channel depending on the water depth, for example depending on the output signal of a Pressure sensor, controls, this would be at greater water depth at the same time a more intensive reinforcement of Interference signals cause, so that under certain circumstances also exceed the threshold.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihr Ausgangssignal von der Gewässertiefe möglichst unabhängig ist und möglichst wenig störanfällig ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, daß der Aufwand sowohl für die Wandler selbst als auch für die nachgeschaltete Signalverarbeitung relativ gering ist und im wesentlichen herkömmliche Bauteile und Baugruppen umfaßt. Der besondere Vorteil liegt darin, daß die Intensität der erfaßten Fahrt- oder Maschinengeräusche des Schiffes für die Erzeugung des Anzeigesignals von untergeordneter Bedeutung ist, so daß auch Schiffe mit geringen Fahrtgeräuschen erfaßt werden können, und zwar auch dann, wenn beispielsweise bei starkem Wellengang beträchtliche Störgeräusche zum Wandler gelangen. Dabei wird davon ausgegangen, daß Schiffsgeräusche im wesentlichen aus einem breitbandigen Rauschspektrum mit einem frequenzabhängigen Pegelabfall von 6 dB/Oktave bestehen.Object of the invention is an installation of the type mentioned at the beginning to train so that their output signal from the depth of water is as independent as possible and is as prone to failure as possible is. This task is solved by the im Claim 1 marked invention. It stands out moreover from the fact that the effort for both the converter itself as well as for the downstream one Signal processing is relatively low and essentially includes conventional components and assemblies. The special one The advantage is that the intensity of the detected Voyage or engine sounds of the ship for the generation of the display signal from subordinate Significance is so that even ships with low cruising noise can be recorded, even if for example, considerable in strong waves Noise reaches the converter. It is assumed that ship sounds essentially from one broadband noise spectrum with a frequency dependent There is a drop in level of 6 dB / octave.

Das Logarithmieren und die anschließende Differenzbildung von Empfangssignalen ist an sich bekannt. So zeigt DE-PS 20 27 940 eine Vorrichtung zur Richtungsbestimmung einfallender Schallwellen unter Verwendung einer Empfängerbasis und zweier Empfängergruppen mit nachgeschaltetem Kompensator zum Bilden zweier sich überlappender Richtcharakteristiken sowie mit einem Zielauswertegerät zur Richtungsanzeige. Sie weist einen Kompensator am Eingang einer Zweikanalstufe für einander überdeckende Richtcharakteristiken der Empfängergruppen auf sowie Verzögerungseinrichtungen mit nachgeschalteten Multiplikatoren zur Bildung von zwei schielenden Korrelations-Funktions-Gleichspannungen als Maximum-Funktionen am Ausgang der Zweikanalstufe. Dieser ist ein Differenzbildner nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal eine Nulldurchgangsfunktion zur Ansteuerung des Zielauswertegeräts ist. Zum Stand der Technik bemerkt die DE-PS 20 27 940, daß ein Radargerät zur Richtungsbestimmung reflektierter Wellenenergie mit zwei sich überlappenden Richtcharakteristiken bekannt ist, wobei die Signale in logarithmischen Verstärkern verstärkt, gleichgerichtet und voneinander abgezogen werden. Als akustischer Überlaufmelder sind diese bekannten zudem als aktive Anlagen ausgebildeten Einrichtungen zur Richtungsbestimmung nicht geeignet. Insbesondere lassen auch sie den Einfluß der Entfernung zwischen Wandleranlage und Signalquelle unberücksichtigt. Gerade die Möglichkeit, eine Unterwasser-Schallempfangsanlage ohne aufwendige Justierung in Gewässern unterschiedlicher Tiefe, beispielsweise durch Absetzen am Gewässerboden, einsetzen zu können, stellt einen wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage dar.The logarithm and the subsequent difference between Receive signals are known per se. So shows DE-PS 20 27 940 a device for determining the direction of incident sound waves using one receiver base and two Receiver groups with downstream compensator for formation two overlapping polar patterns as well as with a target evaluation device for direction indication. It shows one Compensator at the input of a two-channel stage for overlapping Directional characteristics of the recipient groups on as well Delay devices with downstream multipliers to form two cross-eyed correlation function DC voltages as maximum functions at the output of the two-channel stage. This is followed by a difference generator, whose output signal a zero crossing function to control the target evaluation device is. DE-PS notes on the prior art 20 27 940 that a radar for direction determination reflected Wave energy with two overlapping polar patterns is known, the signals in logarithmic Amplifiers reinforced, rectified and subtracted from each other will. These are also known as acoustic overflow detectors Facilities designed as active systems for direction determination not suitable. In particular, they also leave the influence the distance between the converter system and the signal source is not taken into account. Just the possibility of an underwater sound receiving system without complex adjustment in different waters Depth, for example by settling on the water bottom, Being able to use it is a major advantage the system according to the invention.

Zur Erzeugung unterschiedlicher Richtdiagramme bieten sich im Prinzip zwei unterschiedliche Wege an. Zum einen kann die geomtrische Form und Ausdehnung der Wandler verändert werden, und zum anderen kann man mit unterschiedlichen Empfangsfrequenzbereichen arbeiten, denn das Richtdiagramm ist im allgemeinen sowohl von der Form und Ausdehnung als auch von der angewandten Empfangs- bzw. Sendefrequenz abhägig. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Offer to generate different directional diagrams basically two different ways. On the one hand can the geometric shape and expansion of the transducer be changed, and on the other hand you can with different Reception frequency ranges work because The directional diagram is generally both of the shape and Extension as well as of the reception or Transmission frequency dependent. Advantageous embodiments of the Invention result from the subclaims.

Sie wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigtshe will subsequently shown schematically in the drawing Exemplary embodiments explained. It shows

Fig. 1 zwei scheibenförmige Wandler H1 und H2 unterschiedlichen Durchmessers sowie den Schalleinfallswinkel ϕ; Fig. 1 two disc-shaped transducers H1 and H2 of different diameters and the sound angle of incidence ϕ;

Fig. 2 den Verlauf des normierten Empfangspegels R sowie der Pegeldifferenz in Abhängigkeit vom Winkel ϕ; Fig. 2 φ the course of the normalized reception level R, as well as the level difference in dependence on the angle;

Fig. 3 das Blockschaltbild einer ersten in Analogtechnik aufgebauten Ausführungsform der Empfangsanlage und Fig. 3 shows the block diagram of a first embodiment of the receiving system constructed in analog technology and

Fig. 4 eine zweite im Bereich der Signalauswertung in Digitaltechnik aufgebaute Empfangsanlage. Fig. 4 shows a second receiving system constructed in the field of signal evaluation in digital technology.

Wie Fig. 2a zeigt, hat der in Fig. 1 links dargestellte scheibenförmige Wandler H1 eine schärfer, also stärker gebündelte Hauptkeule seines Richtdiagramms R1, an die sich in bekannter Weise die Nebenzipfel anschließen. Der kleinere Wandler H2 weist ein weniger scharf gebündeltes Richtdiagramm R2 auf, welches in Fig. 2b schematisch wiedergegeben ist. Bildet man die Differenz der normierten Empfangspegel R2-R1, so erhält man den in Fig. 2c wiedergegebenen Kurvenverlauf, welcher erkennen läßt, daß die Winkelabhängigkeit der Pegeldifferenz von einem bestimmten Winkel ab wegen der Einbeziehung der Nebenzipfel mehrdeutig wird. Die Steilheit der Differenzpegelkurve ΔR= R2-R1 in Abhängigkeit vom Winkel ϕ ist von der Auslegung der absoluten und relativen Breite der Einzelrichtdiagramme R1 und R2 abhängig. Die Pegeldifferenz ist jedoch unabhängig von der Signalstärke des den Schall aussendenden Schiffes und dessen Entfernung und damit auch unabhängig von der Wassertiefe. Diese Unabhängigkeit von der absoluten Empfangsfeldstärke ergibt sich dadurch, daß die Differenz zweier logarithmierter Signale gebildet wird, welche bekanntlich dem Quotienten der Signale entspricht. Da die Signaldämpfung in gleicher Weise auf beide Signalanteile einwirkt bzw. die geringe Signalquellenintensität für beide Signalanteile gleichermaßen gegeben ist, führt die Quotientenbildung der Signale bzw. Differenzbildung der logarithmierten Signale zu einem von der absoluten Signalstärke unabhängigen Ausgangssignal. Sobald das Differenzsignal ΔR den Schwellwert R₀ unterschreitet, befindet sich die Geräuschquelle innerhalb des Erfassungs-Winkelbereichs ϕ₀.As FIG. 2a shows, the disk-shaped converter H1 shown on the left in FIG. 1 has a sharper, that is to say more strongly bundled main lobe of its directional diagram R1, to which the secondary lobes are connected in a known manner. The smaller converter H2 has a less sharply focused directional diagram R2, which is shown schematically in FIG. 2b. If the difference between the normalized reception levels R2-R1 is formed, the curve shown in FIG. 2c is obtained, which shows that the angle dependence of the level difference from a certain angle becomes ambiguous because of the inclusion of the secondary lobes. The slope of the difference level curve ΔR = R2-R1 as a function of the angle ϕ depends on the design of the absolute and relative width of the individual directional diagrams R1 and R2. However, the level difference is independent of the signal strength of the ship emitting the sound and its distance and thus also independent of the water depth. This independence from the absolute reception field strength results from the fact that the difference between two logarithmic signals is formed, which, as is known, corresponds to the quotient of the signals. Since the signal attenuation acts in the same way on both signal components or the low signal source intensity is given equally for both signal components, the formation of the quotient of the signals or the difference between the logarithmic signals leads to an output signal which is independent of the absolute signal strength. As soon as the difference signal ΔR falls below the threshold value R₀, the noise source is within the detection angle range ϕ₀.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 gelangen die Empfangsignale der beiden Empfangswandler oder Hydrofone H1 und H2 jeweils zu einem Vorverstärker V1 bzw. V2, der durch eingebaute Bandfilter ein geeignetes Frequenzband auswählt. Sofern die Unterschiedlichkeit der Richtdiagramme R1 und R2 durch die Form und Abmessung der Wandler H1 und H2 bestimmt ist, haben beide Bandfilter den gleichen Durchlaßbereich. Wird hingegen die Unterschiedlichkeit der Richtdiagramme durch die Auswertung unterschiedlicher Empfangsfrequenzen erzeugt, so sorgen die in die Verstärker V1 und V2 eingebauten Bandfilter für die Auswahl dieser beiden unterschiedlichen Frequenzbereiche. Durch Verwendung der Bandfilter wird zugleich die erforderliche große Dynamik der Vorverstärker gewährleistet. Der eine Vorverstärker V2 ist darüber hinaus in seiner Verstärkung einstellbar, um unterschiedliche Empfangsempfindlichkeiten der beiden Hydrofongruppen auszugleichen. Ansonsten sind die beiden Signalverarbeitungskanäle gleich aufgebaut und bestehen jeweils aus einem Gleichrichter G1 bzs. G2, einem nachfolgenden Tiefpaß T1 bzw. T2 und einer sich hieran anschließenden Logarithmierschaltung L1 bzw. L2. An die beiden Logarithmierschaltungen L1 und L2 ist ein Differenzverstärker DV angeschlossen, welcher das Differenzsignal ΔR erzeugt und einem anschließenden Tiefpaß TP zuleitet, wo dieses Differenzsignal von überlagerten Störungen befreit wird. Am Ausgang des Tiefpaßfilters TP steht somit ein Anzeigesignal ΔR, welches gemäß der Kurvendarstellung in Fig. 2c innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs in eindeutiger Abhängigkeit vom Winkel ϕ steht.In the circuit arrangement according to FIG. 3, the receive signals of the two receive converters or hydrophones H1 and H2 each arrive at a preamplifier V1 or V2, which selects a suitable frequency band by means of built-in band filters. If the difference between the directional diagrams R1 and R2 is determined by the shape and dimensions of the transducers H1 and H2, both bandpass filters have the same passband. If, on the other hand, the difference in the directional diagrams is generated by evaluating different reception frequencies, the band filters built into the amplifiers V1 and V2 ensure the selection of these two different frequency ranges. By using the band filter, the required high dynamic range of the preamplifier is guaranteed. The amplification of the one preamplifier V2 can also be adjusted in order to compensate for different reception sensitivities of the two hydrophone groups. Otherwise, the two signal processing channels are constructed identically and each consist of a rectifier G1 or. G2, a subsequent low-pass filter T1 or T2 and a logarithmic circuit L1 or L2 following this. A differential amplifier DV is connected to the two logarithmic circuits L1 and L2, which generates the differential signal ΔR and feeds it to a subsequent low-pass filter TP, where this differential signal is freed from superimposed interference. At the output of the low-pass filter TP there is therefore a display signal ΔR, which according to the curve in FIG. 2c is clearly dependent on the angle ϕ within a predetermined angular range.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erfolgt die Signalverarbeitung zumindest teilweise digital. Hierzu schließt sich an die beiden Gleichrichter G1 und G2 ein Multiplexer MX an, dem ein Analog/Digital-Umsetzer U nachgeschaltet ist. Das Logarithmieren sowie die anschließende Differenzbildung erfolgt in einem mit einem Mikroprozessor ausgestatteten Rechner C, welcher zugleich den Multiplexer MX steuert. Die digitale Signalverarbeitung hat den Vorteil, daß die Signale beider Kanäle unabhängig von etwaigen Alterungserscheinungen, Spannungs- oder Temperaturschwankungen in der gleichen Weise verarbeitet und ausgewertet werden, und daß durch zusätzliche dem Mikroprozessor vorgegebene Grenz- oder Korrekturwerte in einfacher Weise eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten am Einsatzort leicht durchzuführen ist und sich die Störanfälligkeit noch weiter verringern läßt. Die Abtastfrequenz des Multiplexers kann dabei relativ niedrig sein, weil nur Gleichstromsignale verarbeitet werden.In the embodiment according to FIG. 4, the signal processing is at least partially digital. For this purpose, the two rectifiers G1 and G2 are followed by a multiplexer MX, which is followed by an analog / digital converter U. The logarithming and the subsequent difference formation takes place in a computer C equipped with a microprocessor, which also controls the multiplexer MX. The digital signal processing has the advantage that the signals of both channels are processed and evaluated in the same way regardless of any signs of aging, voltage or temperature fluctuations, and that additional limit values or correction values predefined for the microprocessor make it easy to adapt to the respective circumstances is easy to carry out on site and the susceptibility to faults can be reduced even further. The sampling frequency of the multiplexer can be relatively low because only direct current signals are processed.

Interessiert von dem in Fig. 2c wiedergegebenen Verlauf der Differenzspannung in Abhängigkeit vom Winkel nur der Zeitpunkt der sicheren Unterschreitung des Mindestwinkels ϕ₀, so wird die Ausgangsspannung ΔR in einem nachgeschalteten Vergleicher mit einer Schwellwertspannung ΔR₀ verglichen, um den Zeitpunkt der Unterschreitung des Grenzwinkels ϕ₀ zu ermitteln. Soll anstelle des Eindringens eines Schiffes in einen bestimmten Winkelbereich das Einfahren in eine bestimmte Fläche oberhalb des Wandlers festgestellt werden, so läßt sich der zugehörige Winkel ϕ₀ in Abhängigkeit vom Durchmesser der Fläche D und der Gewässertiefe aus der bekannten Beziehung ϕ₀=arc tg ermitteln. Die Gewässertiefe T kann mit einem Drucksensor gemessen werden, dessen Ausgangssignal unter Anwendung der vorgenannten Gleichung dann zur Bestimmung des Grenzwinkels ϕ₀ dient. Die zugehörige Signalspannung ergibt sich aus der Kurve gemäß Fig. 2c. Es bereitet keine Schwierigkeiten, das Ausgangssignal des Drucksensors ebenfalls zu digitalisieren und in den Rechner C einzugeben.If interested in the course of the differential voltage as a function of the angle, as shown in FIG. 2c, only the point in time that the minimum angle sicheren is safely undershot, then the output voltage ΔR is compared in a downstream comparator with a threshold value voltage ΔR₀ in order to determine the point in time when the limit angle ϕ₀ is undershot . If the entry into a certain area above the transducer is to be determined instead of the penetration of a ship into a certain angular range, the associated angle ϕ₀ can be determined as a function of the diameter of the area D and the water depth from the known relationship ϕ₀ = arc tg. The water depth T can be measured with a pressure sensor, the output signal of which then uses the aforementioned equation to determine the critical angle vor. The associated signal voltage results from the curve according to FIG. 2c. There is no difficulty in digitizing the output signal of the pressure sensor and entering it into the computer C.

In Fig. 1 sind die beiden Hydrofone H1 und H2 als getrennte Wandler dargestellt. Statt dessen kann ein einziger Wandler Verwendung finden, beispielsweise ein Wandler H2, der von einem ringförmigen Wandler H1 umgeben ist und wobei das Richtdiagramm R2 vom Wandler H2 und das Richtdiagramm R1 von beiden Wandlern gemeinsam erzeugt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, außer einem scheinförmigen Wandler einen zweiten zylinderförmigen oder anders gestalteten Wandler zu verwenden.In Fig. 1, the two hydrophones H1 and H2 are shown as separate transducers. Instead, a single converter can be used, for example a converter H2, which is surrounded by a ring-shaped converter H1 and wherein the directional diagram R2 is generated by the converter H2 and the directional diagram R1 by both converters. Another possibility is to use a second cylindrical or differently designed transducer in addition to a sham-shaped transducer.

Die aus den Fig. 2a-2c ersichtliche Mehrdeutigkeit des Signalverlaufs außerhalb des Grenzwinkels ϕ₀ ist durch die nicht vollständige Unterdrückung der Seitenkeulen der Richtcharakteristik der Hydrofonanordnung bedingt. Es sind jedoch aus einer Vielzahl von Einzelwandlern zusammengesetzte Wandleranordnungen bekannt, deren Einzelwandler amplituden- und phasengestaffelt erregt werden und auf diese Weise eine nebenkeulenarme Richtcharakteristik erzeugen. Das gleiche ist bei Empfangswandleranordnungen möglich, wenn man eine entsprechende phasen- und amplitudenbewertete Signalabtastung der einzelnen Wandlerelemente vorsieht. Der Grad der Nebenpegelunterdrückung ist in erster Linie eine Frage des Aufwands.The ambiguity of the signal curve outside the critical angle ϕ₀ that can be seen from FIGS . 2a-2c is due to the incomplete suppression of the side lobes of the directional characteristic of the hydrophone arrangement. However, transducer arrangements composed of a large number of individual transducers are known, the individual transducers of which are excited in a staggered manner in terms of amplitude and phase and in this way produce a directional characteristic with little sidelobes. The same is possible in the case of receive transducer arrangements if a corresponding phase and amplitude-weighted signal sampling of the individual transducer elements is provided. The level of sub-level suppression is primarily a matter of effort.

Eine weitere demgegenüber weniger aufwendige Möglichkeit zum Ausschließen von Mehrdeutigkeiten besteht in der zusätzlichen Berücksichtigung der Absolutpegel der empfangenen Signale. Da großen Winkeln ϕ größere Zielentfernungen und damit kleinere Signalpegel entsprechen, kann man durch geeignete Schwellwerte für den Absolutpegel der beiden Hydrofonsignale eine wirksame Unterdrückung der aus Bereichen großer Winkel ϕ kommenden Signale erreichen und damit Mehrdeutigkeiten unterdrücken. Diese Art der Nebenpegelunterdrückung läßt sich noch dadurch verbessern, daß man die Arbeitsfrequenz relativ hoch wählt, so daß infolge der mit der Frequenz zunehmenden Dämpfung der Schallausbreitung die Abhängigkeit der Absolutpegel von der Entfernung und damit auch vom Einfallswinkel noch erhöht wird.Another less expensive option to rule out ambiguities is the additional consideration of the absolute level of the received signals. Because large angles ϕ larger target distances and thus correspond to smaller signal levels, can be determined by suitable threshold values for the absolute level an effective suppression of the two hydrophone signals that comes from areas of large angles ϕ Reach signals and suppress ambiguities. This type of sub-level suppression can still be done improve that the working frequency is relatively high chooses so that as a result of increasing with frequency Attenuation of sound propagation the dependence of the absolute level on the distance and therefore also on the angle of incidence is still increased.

Ist beispielsweise in Küstennähe oder bei Schlechtwetter ein hoher isotroper Störpegel von Schallsignalen vorhanden, so besteht die Gefahr, daß insbesondere relativ leise Schiffe nicht erfaßt werden. Dies gilt in erster Linie von der wenig stark bündelnden Hydrofonanordnung. Dann geht die Differenzpegelkurve gemäß Fig. 2c nicht mehr durch den Ursprung des Koordinatensystems, sondern durch einen festen störpegelabhängigen positiven Wert für den Winkel ϕ und verläuft weniger steil. Um hierdurch bedingte Fehlmessungen zu vermeiden, kann man vor der Logarithmierung der Signale von diesen einen gemessenen Langzeitmittelwert entsprechend dem isotropen Störpegel abziehen und damit im interessierenden Winkelbereich die Form der Richtcharakteristik regenerieren. Gleiches gilt auch für etwaige gerichtet einfallende Störsignale, weil das Einzelhydrofon zwischen aus verschiedenen Richtungen kommenden Störsignalen nicht unterscheiden kann.For example, if there is a high isotropic interference level of sound signals near the coast or in bad weather, there is a risk that relatively quiet ships in particular will not be detected. This applies primarily to the low-focusing hydrophone arrangement. Then the difference level curve according to FIG. 2c no longer goes through the origin of the coordinate system, but rather through a fixed interference level-dependent positive value for the angle ϕ and runs less steeply. In order to avoid incorrect measurements caused by this, a long-term mean value measured according to the isotropic interference level can be subtracted from the signals before logarithmization and the shape of the directional characteristic can thus be regenerated in the angle range of interest. The same also applies to any directional interference signals, because the individual hydrophone cannot distinguish between interference signals coming from different directions.

Für die Zwecke der Erfindung lassen sich beliebige Wandleranordnungen verwenden. Voraussetzung ist lediglich, daß sie zwei unterschiedliche, sich überschneidende Richtdiagramme bilden. Diese beiden Richtdiagramme können gleichzeitig oder abwechselnd zeitlich nacheinander erzeugt werden, beispielsweise dadurch, daß man abwechselnd unterschiedliche Wandlergruppen einer aus einer Vielzahl von Einzelwandlern bestehenden Wandleranordnung abtastet.Any transducer arrangements can be used for the purposes of the invention use. The only requirement is that it two different, overlapping directional diagrams form. These two directional diagrams can be used simultaneously or alternately generated one after the other, for example by alternating different ones Converter groups one of a large number of individual converters scans existing transducer arrangement.

Claims

Underwater sound receiving system with upward-facing receiving transducers for detecting ships passing through the receiving area of the transducer, characterized by the use of two coaxially aligned directional receiving transducers (H1, H2) with rotationally symmetrical but with a different opening angle (ϕ) receiving diagrams (R1, R2), from the latter amplified output signals by logarithmization and difference formation, a signal corresponding to the quotient of the received signals is formed, which triggers a display when a predetermined threshold value is exceeded or undershot.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the two receive converters (H1, H2) through different groups of a common, converter arrangement consisting of a large number of individual converters are formed.

3. Plant according to claim 2, characterized in that the two receive converters (H1, H2) through concentric circular surfaces of different diameters forming converter groups are formed.

4. Plant according to claim 2, characterized in that the two receive converters through a circular transducer surface and a concentric one cylindrical transducers are formed.

5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that the different Reception diagrams are formed in that the two Receive converter and / or the downstream Receive channels on different frequency ranges address.

6. Plant according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that each of the Reception converter (H1, H2) equipped with a band filter Preamplifier (V1, V2), a rectifier (G1, G2), a low-pass filter (T1, T2) and a logarithmizer (L1, L2) are connected downstream and the output signals of both logarithms are fed to a differential amplifier (DV).

7. Plant according to claim 6, characterized in that the differential amplifier (DV) Low pass filter (TP) is connected downstream.

8. Plant according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that each of the two Receive converter (H1, H2) via a with a band filter equipped preamplifier (V1, V2) and a rectifier (G1, G2) connected to a multiplexer (MX) controlled by a computer (C) the rectified receive signals via an analog / - Digital converter (U) the computer for logarithmization and Difference formation leads.

9. Plant according to one of claims 1 to 8, characterized by one in each of the two Signal processing channels (V1-T1; V2-T2) provided Integration circuit to form a long-term average of the received signals and one of the logarithms (L1; L2) upstream subtraction stage, in which the Long-term average of the instantaneous value of the received signal is subtracted.