DE3447545C2

DE3447545C2 -

Info

Publication number: DE3447545C2
Application number: DE19843447545
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 2803 Weyhe De Steffens
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1992-05-14
Also published as: DE3447545A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Dopplerlog für ein Fahr zeug, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a Doppler log for a driving stuff, especially for a watercraft that in the Preamble of claim 1 specified genus.

Bei einem bekannten Dopplerlog dieser Art (DE-PS 17 98 276) sind die einzelnen Wandler der Sende- und Empfangseinrichtung parallel zur horizontalen Bewegungsrichtung eines Oberflächenschiffes im Schiffsboden eingebaut und in Längsrichtung des Schiffes zu einem Mehrphasensystem zusammengeschal tet, das sendeseitig an einem Mehrphasengenerator und empfangsseitig über eine die einzelnen Wandler mit gegensinniger Phasenverschiebung in zyklischer Wiederholung abtastende Einrichtung an einer Be wertungsschaltung angeschlossen ist, so daß die elektrischen Sendesignale benachbarter Wandler um einen konstanten Phasenwinkel zueinander phasenver schoben sind und die mit gegensinniger Phasenver schiebung an benachbarten Wandlern eintreffenden Empfangssignale zur Bewertungsschaltung gelangen. Der Vorteil dieses Dopplerlogs liegt in der schall geschwindigkeitsunabhängigen Messung der Schiffs geschwindigkeit.In a known Doppler log of this type (DE-PS 17 98 276) are the individual converters of the transmit and receiving device parallel to the horizontal Direction of movement of a surface ship in Longstrip installed and in the longitudinal direction of the Shaped ship to a multi-phase system tet, the transmit side on a multi-phase generator and on the receiving side via an individual converter with opposite phase shift in cyclic Repeat scanning device on a loading evaluation circuit is connected so that the electrical transmit signals from adjacent converters a constant phase angle to each other are pushed and with opposite phase ver shift arriving at neighboring transducers Receive signals go to the evaluation circuit. The advantage of this Doppler log lies in the sound speed-independent measurement of the ship speed.

Bei einem ebenfalls bekannten Dopplerlog (DE-OS 29 01 293), bei welchem die einzelnen Wandler in der gleichen Weise phasenverschoben angesteuert werden, sind in zwei rechtwinklig zueinander aus gerichteten Lotebenen insgesamt vier Empfangsrich tungen vorgesehen, von denen jeweils zwei in einer Lot ebene liegen. Jeder Empfangsrichtung ist ein Doppler analysator zugeordnet, der die Empfangsfrequenz er mittelt und aus der Differenz von Sende- und Emp fangsfrequenz die Dopplerfrequenz bestimmt. Die Schiffsgeschwindigkeit wird wie üblich unmittelbar aus der Differenz der Dopplerfrequenzen aus zwei in einer Ebene liegenden Empfangsrichtungen errechnet. Zusätzlich wird die Summe der Dopplerfrequenzen aus zwei in einer Ebene liegenden Empfangsrichtungen gebildet, die mit dem Reziprokwert des Sinus des von der Längsachse und der Empfangsrichtung einge schlossenen Winkels multipliziert ein Maß für die Geschwindigkeitskomponente des Schiffes in seiner Hochachse ist. Diese Geschwindigkeitskomponente tritt bei Roll- und Stampfbewegungen, bei Schlingern oder bei von der Horizontalen abweichender Trimmlage des Schiffes auf und kann bei Kenntnis der Schallgeschwin digkeit berechnet werden.In a likewise known Doppler log (DE-OS 29 01 293), in which the individual converters in driven in the same way out of phase are perpendicular to each other in two directed plumb levels a total of four reception rich lines provided, two of which are in one lot level. Each direction of reception is a Doppler analyzer associated with the reception frequency averaged and from the difference between transmit and emp frequency determines the Doppler frequency. The As usual, ship speed becomes immediate from the difference of the Doppler frequencies from two in directions lying on a plane are calculated. In addition, the sum of the Doppler frequencies is obtained two reception directions lying in one plane formed with the reciprocal of the sine from the longitudinal axis and the receiving direction closed angle multiplies a measure of the Speed component of the ship in its Vertical axis is. This speed component occurs with rolling and pounding movements, with rolling or if the trim position of the Ship on and can with knowledge of the sonic speed be calculated.

Dieses bekannte Dopplerlog erlaubt die Bestimmung der momentanen Geschwindigkeitskomponente in der Hochachse des Schiffes nur bei exakter Kenntnis der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit in Wasser am momentanen Ort des Schiffes. Deren genaue Be stimmung ist jedoch sehr aufwendig, so daß der bei der Ermittlung der Geschwindigkeitskomponenten des Schiffes in Längs- und Querachse bestehende Vor teil der schallgeschwindigkeitsunabhängigen Messung für die Messung in Hochachse nicht vorhanden ist. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn das Fahrzeug sich dreidimensional bewegt, wie z. B. ein U-Boot oder ein Flugzeug, und die Geschwindig keit in Längs- und Querachse und in Hochachse zu sätzlich elevationswinkelabhängig wird. Die dann ermittelten Geschwindigkeitskomponenten des Schif fes in Vertikal- und Horizontalrichtung gelten dann nur näherungsweise.This known Doppler log allows the determination the current speed component in the Vertical axis of the ship only with exact knowledge the actual speed of sound in water at the current location of the ship. Their exact description However, mood is very complex, so that the the determination of the speed components existing in the longitudinal and transverse axis of the ship part of the measurement independent of sound speed for the measurement in the vertical axis is not available. This is particularly disadvantageous if that Vehicle moves three-dimensionally, such as B. a submarine or a plane, and the speed speed in the longitudinal and transverse axes and in the vertical axis is also dependent on the elevation angle. The then determined speed components of the ship fes in the vertical and horizontal directions then apply only approximate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dopplerlog der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem eine exakte Bestimmung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung ohne Kenntnis der Schall geschwindigkeit in dem vom Fahrzeug durchquerten Medium möglich ist.The invention is based on the object Specify the Doppler log of the type mentioned at the beginning, in which an exact determination of the current Vehicle speed in both horizontal and even in the vertical direction without knowing the sound speed in the traversed by the vehicle Medium is possible.

Die Aufgabe wird bei einem Dopplerlog der im Ober begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungs gemäß durch die Merkmale in Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.The task is done with a Doppler log in the upper Concept of claim 1 specified type fiction according to the characteristics in the labeling part of the Claim 1 solved.

Die zusätzliche Messung der Dopplerfrequenz aus der üblicherweise parallel zur Hochachse des Fahr zeugs liegenden Empfangsrichtung hat den Vorteil, daß bei geeigneter Verknüpfung dieser Dopplerfre quenz mit der Dopplersumme aus den Dopplerfrequenzen der beiden anderen Empfangsrichtungen ein von der Schallgeschwindigkeit unabhängiger Geschwindigkeits term gewonnen wird, der bei horizontal liegendem Fahrzeug ein direktes Maß für die momentane Ge schwindigkeit des Fahrzeugs in Richtung seiner Hoch achse und damit für die Vertikalgeschwindigkeit ist.The additional measurement of the Doppler frequency which is usually parallel to the vertical axis of the drive receiving direction has the advantage that with a suitable link this Dopplerfre frequency with the Doppler sum from the Doppler frequencies of the other two directions of reception one of the Speed of sound of independent speed term is obtained with the horizontal Vehicle is a direct measure of the current Ge speed of the vehicle towards its high axis and therefore for the vertical speed.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung er gibt sich aus Anspruch 3. Durch diese Maßnahmen werden bei nicht horizontal sondern unter einen Elevationswinkel liegendem Fahrzeug die Horizontal komponente und die Vertikalkomponente der Fahrzeug geschwindigkeit getrennt und mit relativ hoher Ge nauigkeit bestimmt.An advantageous embodiment of the invention he arises from claim 3. Through these measures not at horizontal but under one Elevation angle of the horizontal vehicle component and the vertical component of the vehicle speed separated and with a relatively high Ge accuracy determined.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter bildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.Further advantageous embodiments and further formations of the invention result from the others Claims.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigtThe invention is based on one in the drawing presented embodiment in the following described. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Unterseebootes (U-Boot) mit den Sen de- und Empfangsrichtungen eines im U-Boot vorgesehenen Dopplerlogs, Fig. 1 is a schematic representation of a submarine (submarine) with the de- Sen and reception directions of a provided in the submarine Dopplerlogs,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Dopplerlogs in Fig. 1, Fig. 2 is a block diagram of the Dopplerlogs in Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Rechen werks des Dopplerlogs in Fig. 2, Fig. 3 is a block diagram of a rake drive of Dopplerlogs in Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Doppler analysators des Dopplerlogs in Fig. 2. Fig. 4 is a block diagram of a Doppler analyzer of Dopplerlogs in Fig. 2.

Das in Fig. 1 als Beispiel eines sich horizontal und vertikal bewegenden Wasserfahrzeugs schematisch dar gestellte U-Boot 10 weist ein in Fig. 2 im Block schaltbild zu sehendes Dopplerlog 11 auf, das eine Sende- und Empfangseinrichtung 12 zum Aussenden ge bündelter Wellenenergie in drei selektive Senderich tungen und zum Empfangen von reflektierter Wellen energie aus drei mit den Senderichtungen überein stimmenden selektiven Empfangsrichtungen besitzt. Hierzu weist die Sende- und Empfangseinrichtung 12 eine Unterwasserantenne oder Basis 13 mit einer Viel zahl von in einer Ebene 14 angeordneten Wandlern 15 auf, die hintereinander oder versetzt zueinander in Längsrichtung der Basis 13 mit konstantem Abstand a voneinander aufgereiht sind. Die Basis 13 ist parallel zur Längsachse des Fahrzeugs bzw. U-Bootes 10 in dessen Boden eingebaut.In Fig. 1 schematically shows an example of a horizontally and vertically moving the watercraft is asked submarine 10 has a in Fig. 2 circuit diagram in block-to-see Dopplerlog 11, a transmitting and receiving device 12 ge to emit bündelter wave energy in three Selective transmission lines and for receiving reflected waves energy from three with the transmission directions matched selective reception directions. For this purpose, the transmitting and receiving device 12 has an underwater antenna or base 13 with a large number of transducers 15 arranged in a plane 14 , which are arranged one behind the other or offset to one another in the longitudinal direction of the base 13 with a constant distance a from one another. The base 13 is installed parallel to the longitudinal axis of the vehicle or submarine 10 in the bottom thereof.

Die Wandler 15 sind mit einem an sich bekannten Rich tungsbildner 17 verbunden, der im Zeitmultiplex die Wandler 15 zum Aussenden von gebündelter Wellen energie und zum Empfangen reflektierter Wellenener gie ansteuert, und zwar so, daß nacheinander in drei Senderichtungen A, O, V gesendet und jeweils aus damit winkelgleichen Empfangsrichtungen A, O, V empfangen wird. Die Sende- und Empfangsrichtung V liegt um einen Winkel α gegen die Fahrzeugslängs achse 16 geneigt in Vorausrichtung des U-Bootes 10, die Sende- und Empfangsrichtung A um den gleichen Winkel α in Achterausrichtung des U-Bootes 10 und die Sende- und Empfangsrichtung O rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse 16. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, schließt die Längsachse 14 einen Elevationswinkel ε mit der Horizontalen ein, und durch Tiefenänderung des U-Bootes 10 oder durch die Trimmlage ist der momentane Geschwindigkeitsvektor v des U-Bootes 10 gegen die Fahrzeuglängsachse 16 um den Winkel δ ver dreht. The transducers 15 are connected to a known direction-forming device 17 , which controls the transducer 15 in time-division multiplexing to emit bundled waves and to receive reflected wave energy, in such a way that successively sent in three transmission directions A, O, V and is received in each case from reception directions A, O, V that are at the same angle. The transmission and reception direction V is inclined by an angle α relative to the longitudinal axis 16 of the vehicle in the forward direction of the submarine 10 , the transmission and reception direction A by the same angle α in the aft orientation of the submarine 10 and the transmission and reception direction O perpendicular to the longitudinal axis 16 of the vehicle. As can be seen from FIG. 1, the longitudinal axis 14 includes an elevation angle ε with the horizontal, and by changing the depth of the submarine 10 or by the trim position, the instantaneous speed vector v of the submarine 10 is ver against the longitudinal axis 16 of the vehicle by the angle δ ver turns.

Die Sende- und Empfangsrichtungen A, O, V werden in be kannter Weise durch entsprechende Phasenverschie bung ϕ der von einem Oszillator 18 erzeugten Sende signale mit der Sendefrequenz f_S und der von den einzelnen Wandlern 15 empfangenen Wandlersignale im Richtungsbildner 17 generiert gemäß Gl.The transmission and reception directions A, O, V are in a known manner by appropriate phase shift ϕ of the transmission signals generated by an oscillator 18 with the transmission frequency f _S and the converter signals received by the individual converters 15 in the directional generator 17 generated according to Eq.

wobei c die Schallgeschwindigkeit im Wasser, f die Sende- bzw. Empfangsfrequenz und n=ϕ/2π die auf die Sendeperiode normierte Phasenverschiebung der Sende- bzw. Empfangssignale benachbarter Wandler 15 ist. Da üblicherweise der Wandlerabstand a etwa λ/2 gewählt wird, ergibt sich bei einer Phasenverschie bung von ϕ=90° eine Sende- und Empfangsrichtung A, V von α=45° und bei gleichphasiger Ansteuerung der Wandler die Sende- und Empfangsrichtung O mit α=90°. Die Ansteuerung der einzelnen Wandler 15 für die einzelnen Senderichtungen erfolgt zeitlich nachein ander, wobei zwischenzeitlich immer auf Empfang aus der jeweiligen mit der Senderichtung überein stimmenden Empfangsrichtung umgeschaltet wird. Im Empfangsfall werden die Wandlersignale einerseits phasengleich und andererseits phasenverschoben auf summiert, wobei die Phasenverschiebung ϕ bei einem Winkel von α=45°, ϕ=+90° bzw. ϕ=-90° beträgt. Am Ausgang des Richtungsbildners 17 stehen drei Ausgangssignale an, die die Empfangssignale aus den drei Empfangsrichtungen A, O, V repräsentieren.where c is the speed of sound in water, f is the transmission or reception frequency and n = ϕ / 2π is the phase shift of the transmission or reception signals of adjacent transducers 15 normalized to the transmission period. Since the transducer distance a is usually chosen to be approximately λ / 2, the result is a transmission and reception direction A, V of α = 45 ° with a phase shift of ϕ = 90 ° and the transmission and reception direction O with α when the converters are driven in phase = 90 °. The control of the individual transducers 15 for the individual transmission directions takes place one after the other, whereby in the meantime there is always a switch to reception from the respective reception direction which corresponds to the transmission direction. When received, the converter signals are summed in phase on the one hand and phase-shifted on the other, the phase shift ϕ at an angle of α = 45 °, ϕ = + 90 ° or ϕ = -90 °. At the output of the direction generator 17 there are three output signals which represent the received signals from the three receiving directions A, O, V.

Jedem Ausgang des Richtungsbildners 17 und damit jeder Empfangsrichtung ist ein Doppleranalysator 19 bzw. 20 bzw. 21 zugeordnet, dem einerseits das je weilige Empfangssignal und andererseits die Sende frequenz f_S zugeführt ist. Die in ihrem Aufbau iden tischen Doppleranalysatoren 19 bis 21 sind an sich bekannt und beispielsweise in Fig. 4 im Blockschalt bild dargestellt. Jeder Doppleranalysator 19 bis 21 weist einen FFT-Prozessor 22, einen Maximumsucher 23 und einen Subtrahierer oder Differenzbildner 24 auf. In dem FFT-Prozessor 22 wird in bekannter Weise das Empfangssignal einer Frequenzanalyse unterzogen. Aus dem gewonnenen Frequenzspektrum wird mittels des Maximumsuchers 23 die Frequenz f_E mit der größten Signalamplitude ermittelt. Die im Differenzbildner 24 gebildete Differenz f_E-f_S ist die Dopplerfrequenz f, mit welcher das aus der jeweiligen Empfangsrich tung erhaltene Empfangssignal behaftet ist, und wird je nach Empfangsrichtung im folgenden mit f_A, f_O und f_V bezeichnet. Die Dopplerfrequenzen f_A, f_V aus den Doppleranalysatoren 19, 21, die also den unter dem Winkel α geneigten Empfangsrichtungen A und V zugeordnet sind, werden einerseits einem Diffe renzbildner 25 und andererseits einem Summenbildner 26 zugeführt. Die am Ausgang des Differenzbildners 25 anstehende Dopplerfrequenzdifferenz oder Doppler differenz Δf ist in bekannter Weise ein Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit in derjenigen Fahrzeugachse, die mit der Schnittlinie zwischen Wandlerebene 14 einerseits und von der von den drei Empfangsrich tungen A, O, V aufgespannten Ebene andererseits zu sammenfällt und hier durch den Einbau der Basis 13 in oder parallel zur Schiffslängsachse mit dieser übereinstimmt.A Doppler analyzer 19 or 20 or 21 is assigned to each output of the direction generator 17 and thus to each reception direction, to which the respective received signal and the transmission frequency f _{S are} supplied on the one hand. The identical Doppler analyzers 19 to 21 in their construction are known per se and are shown, for example, in FIG. 4 in the block diagram. Each Doppler analyzer 19 to 21 has an FFT processor 22 , a maximum finder 23 and a subtractor or difference generator 24 . In the FFT processor 22 , the received signal is subjected to a frequency analysis in a known manner. The frequency f _E with the largest signal amplitude is determined from the frequency spectrum obtained by means of the maximum finder 23 . The difference f _E -f _S formed in the difference former 24 is the Doppler frequency f with which the received signal obtained from the respective direction of reception is afflicted, and is referred to below as f _A , f _O and f _V , depending on the direction of reception. The Doppler frequencies f _A , f _V from the Doppler analyzers 19 , 21 , which are therefore assigned to the receiving directions A and V inclined at the angle α, are supplied on the one hand to a differential generator 25 and, on the other hand, to a totalizer 26 . The 25 pending Doppler frequency difference or the output of the difference former Doppler difference .DELTA.f is in a known manner a measure of the vehicle speed that vehicle axle spanned by the section line between the transducer plane 14 on the one hand and the obligations of the three reception Rich A, O, V level on the other hand coincides and coincides with this by installing the base 13 in or parallel to the ship's longitudinal axis.

Die Ausgänge von Summenbildner 26 und Doppleranaly sator 20, welcher der Empfangsrichtung O zugeordnet ist, sind mit den Eingängen e₁ und e₂ eines Rechen werks 27 verbunden, das aus der Dopplerfrequenz f_O der dritten Empfangsrichtung O und aus der am Aus gang des Summenbildners 26 anstehenden Dopplerfre quenzsumme oder Dopplersumme Σf einen von der Schall geschwindigkeit im Wasser unabhängigen Geschwindig keitsterm T gemäß Gl.The outputs of summing device 26 and Doppler analyzer 20 , which is assigned to the receiving direction O, are connected to the inputs e 1 and e 2 of an arithmetic unit 27 which, from the Doppler frequency f _{O of} the third receiving direction O and from the output of the summing device 26 Doppler frequency sum or Doppler sum Σf a speed term T that is independent of the speed of sound in water according to Eq.

berechnet. Dieser Term T ist ein Maß für die Ge schwindigkeit des Fahrzeugs (U-Boot 10) in Richtung der Normalen 41, die bei Übereinstimmung der wie vorstehend definierten Fahrzeugachse mit der Fahr zeuglängsachse 16 - oder bei deren Parallelität - mit der Hochachse des U-Bootes 10 zusammenfällt.calculated. This term T is a measure of the speed of the vehicle (submarine 10 ) in the direction of the normal 41 , which, if the vehicle axis as defined above coincides with the longitudinal axis 16 of the vehicle - or if it is parallel - with the vertical axis of the submarine 10 coincides.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist hierzu das Rechen werk 27 zwei Quadrierer 28, 29 auf, von denen der Quadrierer 28 unmittelbar an den Eingang e₁ und der Quadrierer 29 über einen Multiplizierer 30 an den Eingang e₂ des Rechenwerks 27 angeschlossen ist. Dem Multiplizierer 30 ist noch ein konstanter Mul tiplikationsfaktor der Größe 2 zugeführt, so daß die am Eingang e₂ des Rechenwerks 28 liegende Dopplerfrequenz f_O vom Doppleranalysator 20 vor ihrer Quadrierung im Quadrierer 29 verdoppelt wird. Die Ausgänge der beiden Quadrierer 28, 29 sind mit einem Differenzbildner oder Subtrahierer 31 verbun den, dessen Ausgang über ein Radizier-Netzwerk 32 mit dem Ausgang a des Rechenwerks 27 verbunden ist.As seen from Fig. 3, for this purpose, the rake drive 27 two squarer 28, 29, of which the squarer 28 e₁ directly to the input and the squarer 29 e₂ via a multiplier 30 to the input of the arithmetic unit 27 is connected. The multiplier 30 is still a constant multiplication factor of size 2 fed so that the Doppler frequency f _O at the input e₂ of the arithmetic unit 28 is doubled by the Doppler analyzer 20 before it is squared in the squarer 29 . The outputs of the two squarers 28 , 29 are connected to a difference former or subtractor 31 , the output of which is connected via a square root network 32 to the output a of the arithmetic unit 27 .

Zur Messung des Elevationswinkels ε der mit der Fahrzeuglängsachse 16 übereinstimmenden Fahrzeug achse gegenüber der Horizontalen ist ein Höhen winkelmesser 33 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem Sinus-/Cosinus-Prozessor 34 verbunden ist. An den Ausgängen des Sinus-/Cosinus-Prozessors 34, an welchen jeweils der Sinus bzw. Cosinus des Ele vationswinkels ε abnehmbar ist, sind zwei Multipli kationsschaltungen 35, 36 angeschlossen, die je weils aus zwei Multiplizierern bestehen. Dabei ist der Cosinus-Ausgang des Prozessors 34 mit der ersten Multiplikationsschaltung 35 und Sinus-Ausgang mit der zweiten Multiplikationsschaltung 36 verbunden. Die Multiplikationsschaltungen 35, 36 sind außer dem jeweils mit dem Rechenwerk 27 und dem Differenz bildner 25 verbunden. In der ersten Multiplika tionsschaltung 35 wird der Cosinus des Elevations winkels ε einerseits mit der Dopplerdifferenz Δf multipliziert und damit ein Horizontalterm H der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt und andererseits mit dem Geschwindigkeitsterm T multipliziert und damit ein Vertikalterm L der Fahrzeuggeschwindig keit bestimmt. In der zweiten Multiplikationsschal tung 36 wird der Sinus des Elevationswinkels ε ei nerseits mit der Dopplerdifferenz Δf multipliziert und damit ein vertikaler Korrekturterm K_L bestimmt und andererseits mit dem Geschwindigkeitsterm T multipliziert und damit ein horizontaler Korrektur term K_H bestimmt. Von den beiden Multiplizier schaltungen 35, 36 ist jeweils der eine Ausgang mit einem ersten Addierer 37 und der andere Aus gang mit einem zweiten Addierer 38 einer Additions schaltung 40 in der Weise verbunden, daß im ersten Addierer 37 der Horizontalterm H und der horizon tale Korrekturterm K_H und im zweiten Addierer 38 der Vertikalterm L und der vertikale Korrektur term K_L addiert werden, wobei der Vertikalterm L noch invertiert, also mit -1 multipliziert, wird. To measure the elevation angle ε of the vehicle axis coinciding with the vehicle longitudinal axis 16 with respect to the horizontal, a height angle meter 33 is provided, the output of which is connected to a sine / cosine processor 34 . At the outputs of the sine / cosine processor 34 , at each of which the sine or cosine of the el ection angle ε can be removed, two multiplication circuits 35 , 36 are connected, each consisting of two multipliers. The cosine output of the processor 34 is connected to the first multiplication circuit 35 and sine output to the second multiplication circuit 36 . The multiplication circuits 35 , 36 are each connected to the calculator 27 and the difference formers 25 . In the first multiplication circuit 35 , the cosine of the elevation angle ε is multiplied on the one hand by the Doppler difference Δf and thus a horizontal term H of the vehicle speed is determined and on the other hand multiplied by the speed term T and thus a vertical term L of the vehicle speed is determined. In the second multiplication circuit 36 , the sine of the elevation angle ε is multiplied on the one hand by the Doppler difference Δf and thus a vertical correction term K _{L is} determined and on the other hand multiplied by the speed term T and thus a horizontal correction term K _{H is} determined. Of the two multiplier circuits 35 , 36 , one output is connected to a first adder 37 and the other output to a second adder 38 of an addition circuit 40 in such a way that in the first adder 37 the horizon term H and the horizon tal correction term K _H and in the second adder 38 the vertical term L and the vertical correction term K _{L are} added, the vertical term L still being inverted, that is to say multiplied by -1.

Die Ausgänge der Additionsschaltung 40 sind ge trennt einer Bewertungsschaltung 39 zugeführt, die wiederum aus zwei Multiplizierern besteht und die Ausgangsgrößen der Addierer 37 und 38 getrennt mit einem Maßstabsfaktor m multipliziert. Dieser Maßstabsfaktor m ist eine Systemkonstante und ist gleich dem Quotienten aus einem Viertel des räum lichen Wandlerabstandes a in der Sende- und Emp fangseinrichtung 12 und der auf eine Sendeperiode normierten Phasenverschiebung n der Empfangssignale benachbarter Wandler gewählt, also gemäß Gl.The outputs of the addition circuit 40 are separately supplied to an evaluation circuit 39 , which in turn consists of two multipliers and the output quantities of the adders 37 and 38 are multiplied separately by a scale factor m. This scale factor m is a system constant and is equal to the quotient from a quarter of the spatial transducer spacing a in the transmitting and receiving device 12 and the phase shift normalized to a transmitting period n of the received signals of adjacent converters, that is, according to Eq.

An den beiden Ausgängen der Bewertungsschaltung 39 werden getrennt die Geschwindigkeitskomponenten der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit in Hori zontal- und Vertikalrichtung ausgegeben, wobei die Horizontalkomponente v_H den Gl.At the two outputs of the evaluation circuit 39 , the speed components of the measured vehicle speed in the horizontal and vertical directions are output separately, the horizontal component v _H corresponding to Eq.

v_H = m·(H+K_H) (4)v _H = m (H + K _H ) (4)

mitWith

H = Δf cos ε (5)H = Δf cos ε (5)

undand

K_H = T·sin ε (6)K _H = Tsin ε (6)

und die Vertikalkomponente v_L den Gl.and the vertical component v _L the Eq.

v_L = m(-L+K_L) (7)v _L = m (-L + K _L ) (7)

mitWith

L = T cos ε (8)L = T cos ε (8)

undand

K_L = Δf·sin ε (9)K _L = Δfsin ε (9)

genügt. Die auf diese Weise bestimmten Geschwindig keitskomponenten v_H, v_L sind schallgeschwindigkeits unabhängig und damit äußerst exakt. Sie werden üb licherweise einer nicht dargestellten Anzeigevor richtung zugeführt, welche diese dann getrennt an zeigt.enough. The speed components v _H , v _L determined in this way are independent of sound speed and therefore extremely precise. They are usually supplied to a display device, not shown, which then shows them separately.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Aus führungsbeispiel beschränkt. So ist es nicht zwin gend aber vorteilhaft für die Sende- und Empfangs einrichtung eine einzige Basis zum Senden und Emp fangen in und aus allen Richtungen zu verwenden. Es ist durchaus möglich, ebenso wie in der DE-OS 29 01 293 beschrieben, getrennte Sende- und Emp fangseinrichtungen zu verwenden, und zwar auch noch separat für jede der Sende- bzw. Empfangsrichtungen. Bei Verwendung einer separaten Sendebasis kann bei genügender Sendeleistung auch die Wellenenergie in Form eines Schallimpulses ungerichtet abgestrahlt werden, wobei der Öffnungswinkel der Sendecharak teristik so groß bemessen sein muß, daß er das ge samte Empfangsgebiet überdeckt. Im Empfangsfall können dann alle drei selektiven Empfangsrichtungen nach Art eines Fächers gleichzeitig generiert wer den. Allerdings ist bei diesen Varianten eine Ein buße der Meßgenauigkeit in Kauf zu nehmen.The invention is not based on the described limited leadership example. It is not so but beneficial for the transmission and reception set up a single base for sending and emp start to use in and from all directions. It is quite possible, as in the DE-OS 29 01 293 described, separate send and emp to use fall arrest devices, and indeed separately for each of the send and receive directions. When using a separate transmission base, sufficient transmission power also the wave energy in Radiated in the form of a sound pulse undirected be, the opening angle of the transmit charak teristics must be so large that he ge Covered the entire reception area. When receiving can then all three selective reception directions who is generated at the same time in the manner of a subject the. However, there is an on in these variants to accept the loss of measuring accuracy.

Weiter ist die Erfindung nicht auf die Messung der Horizontalgeschwindigkeit des Schiffes oder Fahr zeugs in Vorausrichtung beschränkt. Sie läßt sich auf die übliche Längs- und Querachsenmessung bei dreidimensional bewegten Fahrzeugen ausdehnen. Au ßerdem können weitere symmetrisch geneigte Sende- und Empfangsrichtungen und mehrere die Elevations winkel der dadurch jeweils festgelegten Fahrzeug achsen messende Höhenwinkelmesser vorgesehen wer den, so daß weitere derartige Bestimmungen von Ge schwindigkeitskomponenten in Horizontal- und Verti kalrichtung für diese weiteren Fahrzeugachsen durch geführt werden können, die teilweise, insbesondere in der Vertikalrichtung redundante Ergebnisse lie fern.Furthermore, the invention is not based on the measurement of Horizontal speed of the ship or driving limited in advance. You can to the usual longitudinal and transverse axis measurement expand three-dimensionally moving vehicles. Au In addition, other symmetrically inclined transmitters and receiving directions and several the elevations angle of the vehicle defined thereby Axis-measuring height protectors are provided the, so that further such provisions of Ge Speed components in horizontal and vertical direction for these other vehicle axles can be performed, in part, in particular redundant results in the vertical direction remote.

Außerdem ist es für die Genauigkeit der Geschwindig keitsmessung vorteilhaft, für die Doppleranalysa toren Schaltungen zu verwenden, wie eine solche in der DE-PS 25 01 714 beschrieben ist. Eine solche Schaltung liefert für jede Empfangsrichtung die je weilige Empfangsfrequenz f_E, von welcher zur Ge winnung der Dopplerfrequenz f die Sendefrequenz f_S zu subtrahieren ist.In addition, it is advantageous for the accuracy of the speed measurement to use circuits for the Doppler analyzers, such as is described in DE-PS 25 01 714. Such a circuit provides the respective receiving frequency f _E for each receiving direction, from which the transmission frequency f _{S is} to be subtracted to obtain the Doppler frequency f.

Claims

1. Doppler log for a vehicle, in particular for a watercraft, with a plurality of transducers arranged in a plane having transmitting and receiving device for transmitting wave energy and for receiving the reflected wave energy in two inclined to the plane, symmetrical to the normal of the converter plane lying selective receiving directions, the receiving directions being set by suitable phase shifts of the received signals of the individual transducers, with two Doppler analyzers each assigned to a receiving direction for determining the Doppler frequency obtained from the respective receiving direction and with a difference and a buzzer generator, each of which the two Doppler frequencies are fed from the two receiving directions, the Doppler difference of the difference former being a measure of the vehicle speed in the plane through the intersection of the plane spanned by the receiving directions with the converter plane b Certain vehicle axis represents, characterized in that the transmitting and receiving device ( 12 ) has a third with the Norma len ( 41 ) coinciding selective receiving direction (O) that the third receiving direction (O) is a third Doppler analyzer ( 20 ) for determining the Doppler frequency (f O) obtained from this receiving direction ( _O ) is assigned and that the outputs of the third Doppler analyzer ( 20 ) and totalizer ( 26 ) are connected to an arithmetic unit ( 27 ) which is the third Doppler frequency (f _O ) Emp catch direction (O) and from the Doppler sum (Σf) formed in the sum generator ( 26 ) determines a speed term (T) which is a measure of the speed of the vehicle in the direction of the normal ( 41 ).

2. Doppler log according to claim 1, characterized in that the arithmetic unit ( 27 ) is designed such that the double Doppler frequency (2f _O ) from the third Doppler analyzer ( 20 ) and the Doppler sum (Σf) are each squared and the speed term (T ) is given as the square root of the difference.

3. Doppler log according to claim 1 or 2, characterized by an elevation angle (ε) of the vehicle axis ( 16 ) measuring height angle meter ( 33 ), by a sine / cosine processor ( 34 ), by a first multiplication circuit ( 35 ), which Doppler difference (Δf) and the speed term (T) each multiplied by the cosine of the elevation angle (ε), thus determining a horizon term (H) and a vertical term (L) of the vehicle speed, by a further multiplication circuit ( 36 ), which the Doppler difference (Δf) and the speed term (T) each multiplied by the sine of the elevation angle (ε), thus determining a vertical and horizontal correction term (K _L , K _H ) for the vehicle speed, and by an addition circuit ( 40 ) which, on the one hand, Horizon term (H) and the horizontal correction term (K _H ) and on the other hand the vertical term (L) and the vertical correction term (K _L ) added and so a hor izontale and vertical speed component (v _H , v _L ) of the vehicle ( 10 ) determined.

4. Doppler log according to claim 3, characterized in that with the addition circuit ( 40 ) is connected to an evaluation circuit ( 39 ) which multiplies the output variables of the addition circuit ( 40 ) by a scale factor (m) and as the actual speed components ( v _H , v _L ) of the vehicle ( 10 ) in the horizontal and vertical directions.

5. Doppler log according to claim 4, characterized in that the scale factor (m) represents a system constant and equal to the quotient of a quarter of the spatial transducer distance (a) in the transmitting and receiving device ( 12 ) and the phase shift normalized to one period ( n) the received signals of adjacent transducers ( 15 ).

6. Doppler log according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transmitting and receiving device ( 12 ) has three transmitting directions (A, O, V) corresponding to the receiving directions (A, O, V), in which bundled Wave energy is emitted.

7. Doppler log according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmitting and receiving device ( 12 ) has a single antenna or base ( 13 ) and that the transmitting and receiving directions (A, O, V) by means of electronic Direction formation can be generated.