DE3538649A1 - Peilempfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Peilempfänger für Wellenenergie innerhalb eines breiten Frequenzbandes der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Solche Peilempfänger weisen mindestens einen breitbandigen Empfangswandler auf, der akustische oder elektromagnetische Wellenenergie in elektrische Empfangssignale umwandelt. Zur Weiterverarbeitung werden die Empfangssignale breitbandig verstärkt. Um auch besonders schwache Empfangssignale auswerten zu können und bei besonders starken Empfangssignalen keine Übersteuerung zu bewirken, werden zur Verstärkung Regelverstärker eingesetzt, deren Verstärkungseigenschaften, abhängig von der Größe des Empfangssignals, von der zu erwartenden Dynamik und den zeitlichen Eigenschaften des Empfangssignals einstellbar sind. Dimensionierungsvorschriften solcher Regelverstärker sind beispielsweise in dem Taschenbuch für Hochfrequenztechnik Meinke/Gundlach, 3. Auflage, 1968, Seiten 1504 bis 1507, für amplitudenmodulierte Signale angegeben. Der dort angegebene Aufbau gewährleistet, daß die Dynamik der Empfangssignale unverfälscht erhalten bleibt, da sonst die eigentliche Information verlorengeht, und daß kurze Störimpulse mit großer Amplitude den Peilempfänger über die Regelung nicht für längere Zeit zustopfen. Peilempfänger mit einem dem Empfangswandler nachgeschalteten Regelverstärker finden beispielsweise in der Funktechnik und der Wasserschalltechnik Anwendung. Sie weisen die Peilschärfe entsprechend der Richtcharakteristik dieses Empfangswandlers auf. Deshalb verwendet man zur Erzielung einer größeren Peilgenauigkeit oft mehrere Empfangswandler mit Rundumcharakteristik, deren Empfangssignale zu Richtcharakteristiken zusammengefaßt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Peilempfänger der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen breitbandiger Empfang auch bei Einfall von Störungen ohne Übersteuerung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Das Frequenzband der empfangenen Wellenenergie wird durch Bandpässe in eine Anzahl von aneinandergrenzenden Teilbändern aufgeteilt. Durch den jedem Bandpaß nachgeschalteten Regelverstärker wird abhängig vom Ausgangssignal des Bandpasses das Signal angehoben, wenn es einen bestimmten Pegel unterschreitet, und abgesenkt, wenn es einen Maximalpegel übersteigt. Dadurch wirkt der Bandpaß zusammen mit dem Regelverstärker ab einem vorgebbaren Signalpegel wie eine Bandsperre. Durch diese Signalverarbeitung wird eine frequenzabhängige Empfindlichkeitsregelung des Peilempfängers erreicht.

Die verwendeten Regelverstärker unterscheiden sich nicht von einem für das gesamte breitbandige Empfangssignal üblicherweise eingesetzten Regelverstärker. Die Zusammenfassung des in Teilbändern aufgeteilten, verstärkten Empfangssignals erfolgt beim erfindungsgemäßen Peilempfänger in einer Summieranordnung.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Peilempfängers liegt darin, daß eine Störunterdrückung in einzelnen Teilbändern möglich wird, ohne daß das übrige Empfangssignal gleichzeitig ebenfalls gesperrt wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Störunterdrückung ohne Frequenzbestimmung und Einschalten entsprechender Filterschaltung erfolgt.

Störimpulse, die durch einen sprunghaften Anstieg des Empfangssignals erkennbar sind, werden in demjenigen Teilband durch den Regelverstärker unterdrückt, in dem ihr Signalinhalt liegt, das in den übrigen Teilbändern liegende Nutzsignal ist davon nicht beeinträchtigt, sondern wird entsprechend seiner Amplitudendynamik an die Summieranordnung übertragen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Peilempfängers besteht darin, daß das spektrale Übertragungsverhalten durch die Wahl der Durchlaßbereiche und durch die Verstärkungseigenschaften der den Bandpässen nachgeschalteten Regelverstärker je Teilband unabhängig voneinander einstellbar ist. Durch die Vorgabe von Regelkennlinien und Regelzeitkonstanten ist ein individuelles Anheben oder Absenken der Empfangssignale in den jeweiligen Teilbändern sowie eine zeitliche Reaktion auf Signaländerungen für jedes Teilband getrennt einstellbar.

Eine besonders zweckmäßige Vorgehensweise für die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Peilempfängers geben die vorteilhaften Weiterbildungen nach Anspruch 2 und 3 an. Ausgehend vom Frequenzspektrum der abgestrahlten Wellenenergie des zu peilenden Ziels wird durch die dort angegebene Dimensionierungsvorschrift ein gewünschtes Empfangsspektrum erzielt, das eine optimale Weiterverarbeitung der Wellenenergie ermöglicht.

Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Peilempfängers in der Wasserschalltechnik zum Detektieren und Peilen von Schiffen wird das Frequenzspektrum des Fahrgeräusches, das innerhalb des Frequenzbandes einen zu höheren Frequenzen abfallenden Verlauf aufweist, so angehoben, daß das Empfangsfrequenzspektrum einen geraden Verlauf erhält. Einzelne Spektrallinien ragen signifikant aus dem Verlauf heraus. Wählt man beispielsweise bei einer Aufteilung des Frequenzbereichs in fünf aneinandergrenzende Teilbänder die Bandbreite der Durchlaßbereiche gleich groß, so ist gewährleistet, daß die Spektrallinien nicht einnivelliert werden, weil je Teilband nicht die herausragende einzelne Spektrallinie die Verstärkung einstellt, sondern der gesamte Signalinhalt dieses Teilbandes. Der abfallende Verlauf des Frequenzspektrums wird durch unterschiedliche Verstärkungseigenschaften der Regelverstärker für die einzelnen Teilbänder ausgeglichen. Die Regelzeitkonstante wird für alle Regelverstärker gleich groß gewählt, da in jedem der fünf Teilbänder Störimpulse in Form von Sonarimpulsen, die von Sonaranlagen Dritter abgestrahlt werden, auftreten können, die durch das Zusammenwirken von Bandpaß und Regelverstärker gesperrt werden, ohne daß der Empfang in den übrigen Teilbändern gestört wird.

Die vorteilhafte Weiterbildung des Peilempfängers nach Anspruch 4 ist besonders wirkungsvoll bei einem Peilempfänger einsetzbar, bei dem Empfangssignale mehrerer Empfangswandler zum Bilden von Richtcharakteristiken herangezogen werden. Durch die Gleichbehandlung der Empfangssignale sämtlicher Empfangswandler wird eine gleiche frequenzabhängige Empfindlichkeit erzielt, so daß alle Richtcharakteristiken gleiche Eigenschaften bezüglich Bündelung und Nebenzipfelverhalten aufweisen. Eine Störanfälligkeit gegen schmalbandig abgestrahlte Wellenenergie oder Störimpulse ist ebenfalls für jede Richtcharakteristik behoben, da mit dem erfindungsgemäßen Peilempfänger gewährleistet ist, daß nur innerhalb des Teilbandes, das dem Signalinhalt der Störung entspricht, eine Signalunterdrückung erfolgt, in den übrigen Teilbändern jedoch Empfang und Peilung mit gleichr Empfindlichkeit aufrechterhalten bleiben. Durch diese Schmalbandvorverarbeitung von Teilsignalen des Empfangssignals jedes Empfangswandlers und die anschließende Summierung der verstärkten Teilsignale zum breitbandigen Empfangssignal bleiben auch bei gestörtem Empfang sämtliche Vorteile einer breitbandigen Weiterverarbeitung der Empfangssignale bei der Richtungsbildung und einer anschließenden Analyse, beispielsweise zur Klassifizierung, Zielverfolgung etc., erhalten. Ein Ausregeln von Störimpulsen ohne Verzögerung ist durch die vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Peilempfängers nach Anspruch 5 gegeben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für einen Peilempfänger mit mindestens einem Empfangswandler und Regelverstärker zum Empfangen von Wellenenergie innerhalb eines breiten Frequenzbandes näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm eines Frequenzspektrums der Wellenenergie mit einer Aufteilung in Teilbänder,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Peilempfängers mit mehreren Empfangswandlern und

Fig. 3 ein Empfangsfrequenzspektrum am Ausgang einer in Fig. 2 gezeigten Summieranordnung.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm schematisch ein Frequenzspektrum, bei dem in Abhängigkeit von der Frequenz (f/kHz) der Pegel (P/dB) dargestellt ist. Dieses Frequenzspektrum gib den Frequenzinhalt eines breitbandigen Geräusches wieder, das beispielsweise von einem Wasserfahrzeug als Fahrgeräusch abgestrahlt wird. Einzelne spektrale Pegel, die durch den Propellerantrieb des Wasserfahrzeugs verursacht werden, heben sich als Spektrallinien L ₁ und L ₂ von einem Geräuschband ab, das innerhalb eines Frequenzbandes von einer unteren Grenzfrequenz f _u beispielsweise mit sechs dB/Oktave zu einer oberen Grenzfrequenz f _o abnimmt. Die Grenzfrequenzen f _u und f _o sind beispielsweise durch den Frequenzumfang eines Peilempfängers vorgegeben, der in der Wasserschalltechnik als Sonaranlage zum Peilen von Wasserfahrzeugen eingesetzt wird. Das Frequenzband ist in vier gleich große Teilbänder Tb ₁, Tb ₂, Tb ₃, Tb ₄ aufgeteilt. Ebenso ist es möglich, Teilbänder mit unterschiedlichem Frequenzumfang zu wählen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Peilempfängers mit mehreren Empfangswanlern 101, 201, . . .. Dem Empfangswandler 101 ist eine Anzahl von vier Bandpässen 111, 112, 113, 114 nachgeschaltet, deren Durchlaßbereiche jeweils die in Fig. 1 angegebenen Teilbänder Tb ₁ bis Tb ₄ sind. Die Mittenfrequenzen f _m1, f _m2, f _m3, f _m4 der Bandpässe 111, . . ., 114 sind ebenfalls in Fig. 1 eingetragen. Da die Bandbreiten gleich groß und jeweils gleich dem Frequenzband f _o -f _u geteilt durch die Anzahl der verwendeten Bandpässe sind, liegt die Mittenfrequenz f _m1 im Abstand der halben Bandbreite zur unteren Grenzfrequenz f _u und die Mittenfrequenzen f _m2, f _m3 und f _m4 jeweils im Abstand der Bandbreite. Jedem Bandpaß 111, . . ., 114 ist ein Regelverstärker 121, 122, 123, 124 nachgeschaltet, dessen Verstärkungseigenschaften durch Regler 131, 132, 133, 134 einstellbar sind, die hier im Rückkopplungszweig jedes Regelverstärkers 121, . . ., 124 angeordnet sind. Ebenso ist auch eine Vorwärtsregelung denkbar.

Durch das Zusammenspiel von Bandpässen 111, 112, . . ., und Regelverstärker 121, 122, . . . wird der Pegelverlauf des erwarteten Frequenzspektrums der abgestrahlten Wellenenergie gemäß Fig. 1 so beeinflußt, daß am Ausgang einer Summieranordnung 140 ein breitbandiges, verstärktes Empfangssignal ansteht, dessen Empfangsfrequenzspektrum in Fig. 3 dargestellt ist. Die Regelkennlinien und Regelzeitkonstanten der Regelverstärker 121, . . ., 124 sind hierzu so eingestellt, daß der frequenzabhängige Abfall des Geräuschbandes von 6 dB/Oktave ausgeglichen ist und das Geräuschband konstanten Pegel aufweist. Die spektralen Pegel der Spektrallinien L ₁ und L ₂ sind nicht ausgeregelt worden, sondern heben sich auch hier signifikant ab.

Bei Auftreten eines impulsförmigen Signals großer Amplitude, beispielsweise innerhalb des Teilbandes Tb ₃, sorgt ein plötzlicher Singalanstieg am Ausgang des Regelverstärkers 123 über den Regler 133 dafür, daß die Verstärkung im Regelverstärker 123 vermindert wird. Eine besoners schnelle Unterdrückung impulsförmiger Signale kann durch Zwischenschalten einer Einrichtung 151, . . ., 154 zum Erkennen impulsförmiger Signale, wie sie beispielsweise in der DE-PS 21 37 068 beschrieben ist, erzielt werden, durch deren Ausgangssignal über den Regler 131, . . ., 134 eine überproportionale Verstärkungsminderung eingestellt wird. Im Empfangsfrequenzspektrum innerhalb des Teilbandes Tb ₃ ist keine Pegelerhöhung zu verzeichnen, da durch den Regelverstärker 123 der Amplitudenanstieg unterdrückt wird. Wesentlich ist jedoch, daß das Empfangssignal in den übrigen Teilbändern Tb ₁, Tb ₂ und Tb ₄ völlig unabhängig von der Regelung im Teilband Tb ₃ entsprechend dem dort vorliegenden Signalinhalt erfolgt, so daß der Empfang erhalten bleibt und nicht "zugestopft" wird.

Bei Anwendung eines solchen Peilempfängers in der Wasserschalltechnik können Sonarstörimpulse Dritter den Empfang breitbandiger Fahrgeräusche eines Zielschiffs nicht mehr stören. Verwendet man mehrere Empfangswandler 101, 201, . . ., n 01 und verarbeitet ihre Empfangssignale - wie für den Empfangswandler 101 angegeben - in Bandpässen 211, 212, 213, 214 bzw. . . ., n 11, n 12, n 13, n 14, nachgeschalteten Regelverstärkern 221, 222, 223, 224 bzw. . . ., n 21, n 22, . . ., n 24 und Summieranordnungen 240, . . ., n 40, die mit einem Richtungsbildner 1000 zusammengeschaltet sind, so erhält man Richtcharakteristiksignale, die die Peilungen zu Zielschiffen auch dann noch anzeigen, wenn Sonarstörimpulse von anderen Sonaranlagen aus anderen Richtungen zum Zwecke des Zielverlustes abgestraahlt werden. Es ist besonders zweckmäßig, die Regelverstärker der 221, 222, 223, 224 für die einzelnen Teilbänder Tb ₁ bis TB ₄ jeweils vom gleichen Regler 131, 132, 133, 134 anzusteuern, so daß sämtliche Empfangssignale in den einzelnen Teilbändern Tb ₁, . . ., Tb ₄ gleich verarbeitet werden.

Verändert sich das Frequenzspektrum der abgestrahlten Wellenenergie, so kann durch eine andere Aufteilung des Frequenzbandes und durch eine angepaßte Einstellung der Regeleigenschaften der Regelverstärker eine entsprechende Beeinflussung vorgenommen und unerwünschte Störungen beim Empfang frequenzabhängig unterdrückt werden. Ebenso ist es möglich, den erfindungsgemäßen Peilempfänger in der Funktechnik zum Peilen von Sendern einzusetzen und gegen Störsender unempfindlich zu machen.

Claims (5)

1. Peilempfänger mit mindestens einem Empfangswandler und Regelverstärker zum Empfangen von Wellenenergie innerhalb eines breiten Frequenzbandes, insbesondere von Schallenergie, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfangswandler (101) eine Anzahl Bandpässe (111, 112, 113, 114) nachgeschaltet ist, daß die Durchlaßbereiche der Bandpässe aneinandergrenzen und das gesamte Frequenzband (f _o -f _u ) überdecken, daß jedem Bandpaß (111 bzw. 112 bzw. 113 . . .) je ein Regelverstärker (121 bzw. 122 bzw. 123 . . .) nachgeschaltet ist und die Ausgänge der Regelverstärker (121, 122, 123, 124) mit einer Summieranordnung (140) verbunden sind.

2. Peilempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßbereiche gleiche Bandbreite aufweisen, daß die Bandbreite jeweils gleich dem Quotienten aus Frequenzband (f _o -f _u ) und der Anzahl der Bandpässe gewählt ist und daß die Mittenfrequenzen f _m1, f _m2, f _m3, f _m4) ausgehend von der unteren Grenzfrequenz (f _u ) des Frequenzbandes (f _o -f _u ) zuzüglich der halben Bandbreite jeweils im Abstand der Bandbreite innerhalb des Frequenzbandes (f _o -f _u ) liegen.

3. Peilempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungseigenschaften der Regelverstärker (121, 122, 123, 124) abhängig vom zu erwartenden Pegelverlauf des Frequenzspektrums der Wellenenergie einstellbar sind.

4. Peilempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mehr als einem Empfangswandler, dadurch gekennzeichnet, daß in denjenigen Regelverstärkern (121, 221, . . ., n 21), deren vorgeschaltete Bandpässe (111, 211, . . ., n 11) gleiche Durchlaßbereiche aufweisen, die gleichen Verstärkungseigenschaften einstellbar sind.

5. Peilempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelverstärker (121, 122, 123, 124) mit einer Einrichtung (151, 152, 153, 154) zum Erkennen pulsförmiger Signale verbunden sind und daß die Regelverstärker (121, 122, 123, 124) bei Auftreten impulsförmiger Signale auf überproportionale Verstärkungsminderung umschaltbar sind.