DE3700060C2 - Sonargerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Sonargeräte und bezweckt die Kompensation des Einflusses der durch den Wellengang bedingten Schiffsbewe­ gungen auf das Meßergebnis.

Sonargeräte zum Aussenden und Empfangen von Schallenergie enthal­ ten zweckmäßig eine Aufzeichnungseinrichtung, beispielsweise einen bekannten Tiefenschreiber, der eine kontinuierliche sichtbare Aufzeichnung der Tiefe der reflektierenden Fläche liefert, bei­ spielsweise des Meeresbodens. Wie bei Sonar-Tiefenmessungen von einem bewegten Schiff aus bekannt ist, werden die Meßergebnisse durch die Schiffsbewegungen aufgrund des Wellenganges oder der Dünung beeinflußt. Die resultierenden Änderungen der Tiefen­ meßwerte bei aufeinanderfolgenden Tiefenmessungen überdecken kleine Änderungen auf einem in übrigen flachen Meeresboden durch, Erzeugung einer sinusförmigen Störung der Tiefenmessung, welche von einem tatsächlich flachen Meeresboden zu erhalten ist. Auf­ grund der sinusförmigen überlagerten Störung werden tatsächliche, Profiländerungen des Meeresbodens nicht wahrgenommen. Eine ge­ naue Kenntnis des Profils des Meeresbodens ist jedoch in vielen Fällen notwendig, beispielsweise beim Verlegen von Rohren oder Kabeln auf dem Meeresboden, da nicht abgestützte Abschnitte des betreffenden Rohres oder Kabels zwischen höherliegenden Teilen des Meeresbodens zu Spannungen führen können, so daß die Gefahr besteht, daß das Rohr oder Kabel bricht.

Bei bekannten Sonargeräten wurde ein Wellengangdetektor verwendet, der sich an Bord des Schiffes befand, das das betreffende Sonargerät mitführte und welcher die wel­ lengangbedingte Anhebung des Schiffes zum Zeitpunkt der Aussendung bestimmte. Eine Korrektur des festgestellten Tiefenmeßwertes um zweimal den Anhebungswert (Korrektur be­ züglich Hin- und Rückweg des Schallimpulses) wurde vorge­ nommen, um innerhalb annehmbarer Grenzen die Störungen auf­ grund der wellengangbedingten Schiffsbewegungen in denjeni­ gen Fällen zu beseitigen, in denen das Schiff zwischen der Zeit der Aussendung und der Zeit des Empfangs des reflek­ tierten Signales keine große Vertikalbewegung ausführt, wie dies etwa in flachem Wasser der Fall ist. Wenn jedoch die Tiefe des Gewässers groß ist und die Vertikalbewegung des Schiffes zwischen Sendezeit und Empfangszeit beachtlich ist, entstehen Schwierigkeiten bei bekannten Sonar-Tiefen­ meßgeräten, da das empfangene Signal von Impuls zu Impuls eine scheinbare wesentliche Tiefenänderung des Meeresbodens angibt, wobei diese Änderungen die tatsächliche Gestalt des Meeresbodens verdecken.

Aus der DE-PS 13 07 310 ist ein Sonargerät bekannt, welches Mittel zur Kompensation eines etwa durch Wellengang verursachten Höhenversatzes des mit dem Sonargerät ausgerü­ steten Fahrzeugs aufweist, wobei relativ zu einer Versatz- Mittellage eine in Richtung der Meßstrecke vorhandene Lage­ abweichung des Senders zum Zeitpunkt der Aussendung des Sendeiinpulses detektiert wird und dann der Zeitpunkt der Aussendung abhängig vom Detektorausgangssignal zeitlich vorverlegt oder verzögert wird.

Aus der US-PS 4,302,842 ist es bekannt, das Ausgangs- Meßsignal eines Sonargerätes durch Filterung auszuwerten und aus einem bestimmten Funktionsverlauf auf einen Wellen­ gang und somit auf Vertikalbewegungen des mit dem Sonarge­ rät ausgerüsteten Fahrzeuges zu schließen, wobei dann ein Korrektursignal zur Kompensation das Herauslesen der Emp­ fangssignale aus einem Speicher zeitlich verschiebt.

Schließlich ist es aus der US-Patentschrift 3,017,606 bekannt, bei einem Sonargerät ein Signal entsprechend der Änderung des Entfernungsmeßergebnisses mit einem Mittella­ gesignal zu vergleichen und entsprechend dem Vergleichser­ gebnis zur Kompensation eine Nullinienverschiebung in einem Wiedergabegerät vorzunehmen.

Ausgehend von einem Sonargerät der allgemeinen Art, wie es etwa aus der schon erwähnten DE-PS 13 07 310 bekannt ist, soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, den Einfluß von in Richtung zu oder von der reflektierenden Fläche verlaufenden Versatzbewegungen des Senders und der Empfangs- und Meßeinrichtung auf das Meßergebnis auch bei größeren Entfernungen zu der reflektierenden Fläche hin, also beispielsweise auch bei größeren Gewässertiefen, zu­ verlässig so zu kompensieren, daß in oder an der reflektie­ renden Fläche befindliche Einzelheiten nicht übersehen wer­ den.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des anliegenden Anspruches 1 gelöst.

Im einzelnen ist eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Schallenergie auf ein reflektierendes Objekt hin, bei­ spielsweise zum Meeresboden hin vorgesehen und eine Emp­ fangseinrichtung dient zum Empfang der reflektierten Echo­ signale. Eine Anzeigeeinrichtung stellt die Echosignale in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Weg mittels einer Aufzeichnungseinrichtung dar, beispielsweise mittels eines in Verbindung mit Sonargeräten eingesetzten Tiefenschreibers, oder es wird eine digitale Tiefenanzeige gegeben. Die aus der Tiefe reflektierten Schallimpulse erfahren eine Korrektur, so daß im wesentlichen sämtliche Störungen der Laufzeit oder Tiefe beseitigt werden, welche auf den Auf- und Abbewegungen des Schiffes zum Zeitpunkt der Aussendung und des Empfanges der Signale beruhen. Es sind Schaltungen zur Messung der An­ hebung des Schiffes zum Sendezeitpunkt und zum Empfangszeit­ punkt vorgesehen, wobei dieser Zeitpunkt angenähert wird, indem die tatsächliche Hin- und Rücklaufzeit des vorausge­ gangenen empfangenen Signales verwendet wird oder indem eine Echtzeitmessung an dem empfangenen Schallimpuls vom Meeres­ boden her in Echtzeit durchgeführt wird. Ein Ping-Pong-Speicher­ system wird zweckmäßig in der Weise eingesetzt, daß einer der Speicher an aufeinanderfolgenden Adressen Rohdaten von den unkorrigierten Empfangssignalen speichert, während gleich­ zeitig der andere Speicher seinen Inhalt an Rohdaten block­ weise an andere Adressplätze innerhalb des Speichers überträgt, um eine Korrektur bezüglich der Höhenlage des Schiffes zum Sendezeitpunkt und zum Empfangszeitpunkt vorzunehmen. Der sich bewegende Schreibstift auf dem Tiefenschreiber löst das Herauslesen aus dem Speicher aus, welcher die korrigierten Tiefendaten enthält und welcher diese korrigierten Tiefendaten zur Aufzeichnung an das Aufzeichnungsgerät liefert. Die korrigierten Tiefendaten werden auch als ablesbares Signal digital dargestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hier angegebenen Sonargerätes bilden im übrigen Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Ein Ausführungsbeispiel eines Sonargerätes der hier betrach­ teten Art wird nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 A eine schaubildliche vereinfachte Abbildung eines Schiffes mit einem Sonargerät in tiefem Gewässer,

Fig. 1 B ein Blockschaltbild mit einem perspektivischen Darstellungsteil eines vollständigen Sonargerätes mit einer Kompensationseinrichtung zur Beseitigung des Einflusses der Schiffsbewegungen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Kompensa­ tion des Einflusses der Schiffsbewegungen auf das Meßergebnis und

Fig. 3 und 4 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kompensationseinrichtung nach Fig. 2 für einen positiven und einen negativen Wert der An­ hebung des Schiffes zum Sendezeitpunkt.

In Fig. 1 A ist schematisch ein Schiff 1 dargestellt, das auf­ grund des Wellenganges des Gewässers 13 eine Auf- und Abwärts­ bewegung erfährt. Wegen des Wellengangs oder der Dünung des Gewässers erfährt das Schiff und damit der von ihm mitge­ führte Wandler 15 einen vertikalen Versatz relativ zu einer Gewässeroberfläche 19 bei ruhiger See (Mittellage), wobei dieser Versatz durch die Kurve 18 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist. Das Schiff 1 führt ein Sonar-Tiefenmeß­ gerät 10 mit sich, welches für große Tiefen, welcher bei 120 angedeutet sind, eine beträchtliche vertikale Bewegung zwischen der Stellung zum Zeitpunkt der Aussendung eines Sonarimpulses und der Stellung zum Zeitpunkt des Empfangs eines reflektierten Sonarimpulses vom Gewässerboden 12 her ausführt. Vorliegend wird bezweckt, die gemessene Tiefe so zu korrigieren, daß sich die wahre Gewässertiefe ergibt, wie sie von der Mittellage 19 der Gewässeroberfläche zum Gewässer­ boden 12 hin gemessen würde, indem die jeweiligen Höhen­ lagen zum Sendezeitpunkt und- zum Empfangszeitpunkt bestimmt werden und geeignete Korrekturen an den Tiefenmeßwerten durch­ geführt werden, um innerhalb annehmbarer Fehlergrenzen die echte Tiefe zu erhalten. Fig. 1 A zeigt für einen Sende-/Em­ pfangszyklus den Vertikalversatz zum Sendezeitpunkt, wobei dieses Maß mit H_T1 bezeichnet ist, sowie den Vertikalversatz zum Empfangszeitpunkt, welcher mit H_R1 bezeichnet ist. Im nächsten Sende-/Empfangszyklus ist der Vertikalversatz zum Sendezeitpunkt H_T2 und der Vertikalversatz zum Empfangszeitpunkt eines reflektierten Signales ist H_R2. Es sei bemerkt, daß die Größe und das Vorzeichen der Höhenversatzwerte sich von Zyklus zu Zyklus ändern kann.

In Fig. 1 B ist eine schematische Ansicht des Sonargerätes 10 gegeben, welches eine graphische Aufzeichnung der Tiefe 120 des Bodens 12 des Gewässers 13 an einem Tiefenschreiber 11 liefert. Eine Sende- und Empfangseinheit 14 enthält den zuvor schon erwähnten Wandler 15 zum Aussenden von Schallenergie 16 in Richtung auf den Gewässerboden 12 hin und zum Empfang von Schallenergie 17, welche an dem Gewässerboden oder Meeresboden 12 zu dem Wandler 15 hin reflektiert worden ist. Die Sende- und Empfangseinheit 14 ist herkömmlicher Bauart, wie sie bei Sonargeräten verwendet wird und enthält einen Sender 20, der einen Schallenergieimpuls erzeugt, welcher über eine Sende-/ Empfangsweiche 21 üblicher Art zu dem Wandler 15 gelangt, so­ wie einen Empfänger 22 zur Verstärkung von Echosignalen, die von dem Wandler 15 empfangen und über die Sende-/Empfangs­ reiche 21 zugeführt wurden. Der Wandler 15 ist ebenfalls von bekannter, in Sonargeräten eingesetzter Bauart und ist so an dem Schiff 1 montiert, das er in das Wasser 13 eintaucht, um Schallenergie in das Wasser einkoppeln zu können. Der Aus­ gang eines Sendeimpulsgenerators 26 wird an den Sender 20 weitergegeben. Der Empfänger 22 liefert Signale, welche als Rohdaten bezeichnet werden, auf einer Leitung 23 zu einem Kompensationssystem 24, wo der Störeinfluß aufgrund der wellengangbedingten Vertikalbewegungen des Schiffes be­ seitigt wird, bevor eine Darstellung im Tiefenschreiber 11 oder eine Digitalanzeige an der Tiefen-Anzeigeeinrichtung 25 erfol­ gen. Damit eine Beeinflussung des empfangenen Signales durch störende Reflexionen von einem nachfolgenden Sendeimpuls ver­ mieden werden, hat der durch einen Tastimpuls Nr. 1 eines frei­ schwingenden Impulsgenerators 8 ausgelöste Sendeimpulsgenerator 26 eine Impulsperiode T, welche um einen bestimmten Minimalwert größer als die Hin- und Rücklaufzeit des vorhergehenden Schall­ impulses ist. Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Systems nach Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß die Impulsperiode T bedeutend größer als die Hin- und Rücklaufzeit eines Schallim­ pulses ist (nämlich etwa dreifach länger), wodurch sich eine Vereinfachung der Beschreibung und eine klarere Darstellung er­ geben.

Der Tiefenschreiber 11 kann bekannter Bauart sein und einen Schreibstiftantrieb mit einem Antriebsmotor 27 und einem um­ laufenden Riemen 28 enthalten, an dem der Schreibstift 29 befestigt ist. Der Riemen 28 bewegt den Schreibstift 29 über die Oberfläche eines Papierstreifens 30 hinweg, wobei die Abstände der Marken 31 von der Kante 301 des Papierstreifens 30 die jeweiligen Tiefen des Meeresbodens 12 in einem bestimmten Maßstab angeben. Der Papierstreifen 30 wird langsam quer zum Weg des Schreibstiftes mittels der Walzen 32 und 33 bewegt, die von einem Papiervorschubmotor 34 angetrieben werden. Ein magnetisch betätigbarer Reedschalter 35 ist, wie bei 36 ange­ deutet, gehäusefest montiert und befindet sich nahe dem Weg des Schreibstiftes 29. Der Reedschalter 35 wird von einem am Schreibstift 29 befestigten Magneten jeweils zu Beginn eines jeweiligen Arbeitshubs des Schreibstiftes 29 betätigt, so daß ein Tastsignal Nr. 2 gebildet wird, das zu dem Kom­ pensationssystem 24 gelangt. Die Periode des Tastsignals Nr. 2, welches die Taktgeschwindigkeit des Schreibstiftes 29 mar­ kiert, ist kürzer als die Periode des Tastsignales Nr. 1, das von einer Zeitsteuereinrichtung 37 zu dem Sendeimpulsgenerator 26 geführt wird, so daß eine asynchrone Betätigung des Schreib­ stiftes 29 relativ zu den Sendeimpulsen möglich ist, ohne daß auf der Leitung 23 dargebotene Rohdaten des Empfängers 22 ver­ loren gehen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des hier betrachteten Sonar­ gerätes sei unter Bezugnahme auf Fig. 1 zunächst angenommen, daß die Anhebungslage H_T zum Sendezeitpunkt relativ zu der Mittelstellung 19 des Wandlers 15 eine positive Größe ist. Das Kompensationssystem 24 enthält einen Impulsgenerator 41, welcher, wie in Fig. 2 dargestellt, das Tastsignal Nr. 1 mit einer Im­ pulsperiode T erzeugt. Der auf die augenblickliche Höhenlage des Schiffes ansprechende Höhendetektor 42 wird durch das Tastungs­ signal Nr. 1 betätigt und bestimmt die Höhenlage des Wandlers 15 bzw. des Senders zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungs­ signales Nr. 1. Dieses Tastungssignal gelangt zu dem Höhende­ tektor 42 über den Schalter 43, welcher auf das Tastungssignal Nr. 1 anspricht und dessen Schaltarm 44 zeitweise die in der Zeichnung wiedergegebene Stellung beim Auftreten des Tastungs­ signales Nr. 1 einnimmt. Zu anderen Zeiten nimmt der Schaltarm 44 Kontakt zu dem Kontaktpunkt 45 auf. Der Ausgang des Höhen­ detektors 42 sei als Digitalzahl betrachtet, welche eine be­ stimmte Größe und ein Vorzeichen hat, wobei das Vorzeichen positiv ist, wenn sich der Wandler 15 zum Zeitpunkt des Abfra­ gens seiner Stellung oberhalb der Mittellage 19 befindet. Das Vorzeichen wird durch einen Vorzeichendetektor 46 festgestellt, dessen Ausgang die Stellung des Schaltarmes 50 des Schalters 48 steuert. Der Schaltarm 50 befindet sich in der in der Zeichnung wiedergegebenen Stellung, wenn das durch den Vorzeichendetektor 46 festgestellte Vorzeichen positiv ist. Der Ausgang 47 des Vorzeichendetektors 46 liefert Steuersignale an die Schalter 48 und 49, deren Schaltarme 50 bzw. 51 bei einem ein positives Vorzeichen meldenden Signal auf der Leitung 47 die in der Zeichnung gezeigten Stellungen einnehmen. Falls das Vorzeichen also positiv ist, wird der Tastimpuls Nr. 1 über den Schalter 48 zu dem Sendeimpulsgenerator 26 geleitet und es erfolgt zu dem Zeitpunkt, in dem der Tastungsimpuls Nr. 1 auftritt, in der aus dem Zeitdiagramm von Fig. 3 ersichtlichen Weise die Aus­ sendung eines Schallimpulses. Die Größe des Höhenmeßwertes zum Sendezeitpunkt ergibt sich als Zählerstand des Abwärtszählers 52, der mit der Taktgeschwindigkeit der Taktimpulse 53 von einer Taktimpulsquelle 530 abwärts zählt. Wenn der Zählerstand H_T er­ reicht ist, so gibt der Zähler 52 einen Ausgangsimpuls ab, der über den Schalter 49 einen Eingang eines schrittweise weiterschal­ tenden Adressengenerators 54 erreicht. Die Taktimpulse 53 bewir­ ken das schrittweise Weiterschalten des Adressengenerators 54, der beispielsweise Adressen von 0 bis 4000 liefert. Der Impuls auf der Ausgangsleitung 55 des Abwärtszählers 52 wird außerdem als Schreibsteuersignal einem Schreibhaltekreis 56 zugeführt, dessen Ausgangssignal 57 als das eigentliche Schreibsteuersignal zu einem Speicher 58 geführt wird, der die Ausgangssignale des Empfängers 22 an den Adressen 0 bis 4000 speichert. Wenn die Adresse 4000 erreicht ist, wird der Schreibhaltekreis 56 zurück­ gestellt, so daß keine weiteren Informationen von dem Empfänger 22 in den Speicher 58 eingeschrieben werden, bis das nächste Ausgangssignal auf der Leitung 55 auftritt. Man erkennt, daß die Wirkungsweise der Schaltung bis zu diesem Punkt der Gestalt ist, daß die vom Empfänger 22 empfangenen Signale nicht beachtet werden, bis die Zeit verstrichen ist, welche der Höhenlage des Senders bzw. des Wandlers entspricht. Zu dieser Zeit erhält der Speicher den Befehl, mit der Speicherung der Empfängersignale zu beginnen.

Der Schreibhaltekreis 56 wird durch einen Impuls vom Ausgang des Schalters 49 eingestellt, wobei dieser Impuls entweder ein Tastungssignal Nr. 1 ist oder ein Ausgangssignal des Abwärts­ zählers 52, je nachdem, welches Vorzeichen die Höhenlagemessung zum Zeitpunkt des Tastungssignales Nr. 1 hat. Der Schreibhalte­ kreis 56 wird durch einen Adressendetektor 72 zurückgestellt, welcher auf das Auftreten der Adresse 4000 anspricht und den Rückstellimpuls an den Schreibhaltekreis 56 abgibt, so daß das Schreibsteuersignal auf der Leitung 57 verschwindet. Während der Zeit, in der Informationen in den Speicher 58 eingeschrieben werden, erfüllt das System eine andere Funktion, welche dazu dient, die augenblickliche Höhenlage des Schiffes zu einem Zeitpunkt zu bestimmen, welcher möglichst nahe dem Zeitpunkt angenähert ist, zu welchem tatsächlich ein vom Meeresboden reflektiertes Signal auftritt. Zu diesem Zwecke wird der be­ züglich der augenblicklichen Höhenlage des Schiffes korrigierte Tiefenmeßwert, der im vorausgegangenen Sende- und Empfangszyklus ermittelt wurde, in einem Tiefenregister 59 gespeichert und zu dem Tiefenmeßwert addiert, der noch im Höhedetektor 42 ent­ sprechend der Messung zu der Zeit des Tastungsimpulses Nr. 1 gespeichert ist. Der im Höhendetektor 42 gespeicherte Wert und der im Tiefenregister 59 gespeicherte, vorausgegangene Wert der echten Tiefe werden in dem Addierer 60 addiert und in dem Abwärtszähler 61 in Abhängigkeit von einem zugeführten Tastungssignal Nr. 1 gespeichert. Wenn der Abwärtszähler 61 unter Steuerung durch die Taktimpulse 53 den Zählerstand null erreicht, so wird dem Schalterkontakt 45 über den Schalt­ arm 44 ein Impuls zugeführt, um den Höhendetektor 42 abzu­ fragen. Es sei daran erinnert, daß sich der Kontaktarm 44 normalerweise in einer Stellung befindet, in der er Berührung mit dem Schaltungspunkt 45 hat, jedoch mit Ausnahme der Zeit, in welcher dem Schalter 43 ein Tastungsimpuls Nr. 1 zugeführt wird. In diesem Falle bewegt sich der Kontaktarm zu anderen Schalterkontakt hin und gibt dem Tastungsimpuls Nr. 1 über den Schalter 43 zu dem Höhendetektor 42 weiter. Der Ausgang des Höhendetektors 42 gelangt in Abhängigkeit von dem über den Schalter 43 zugeführten Impuls des Abwärtszählers 61 zu dem Schalter 62, in welchem der Kontaktarm 63 Berührung mit dem Kontaktstück 65 aufnimmt, so daß ein H_R-Signal an einem der Ausgänge des Schalters 62 erscheint. Die durch den Wellengang bedingte relative Höhe zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungssignals Nr. 1 ist mit H_T bezeichnet und wird von dem Höhendetektor 42 über den Kontaktarm 63 zu dem Kontakt­ stück 64 des Schalters 62 bei Auftreten des Tastungsimpulses Nr. 1 übertragen, welcher dem Schalter 62 zugeführt wird und bewirkt, daß der Kontaktarm 63 Berührung mit dem Kontaktstück 64 aufnimmt.

Das Ausgangssignal H_R des Schalters 62 enthält die Amplituden- und Vorzeicheninformation der wellengangbedingten relativen Höhe zu der angenäherten Zeit des Eintreffens eines Echosignals vom Meeresboden. Die Rohdaten im Lese- und Einschreibespeicher 58, welche an den Adressen 0 bis 4000 gespeichert sind, müssen in dem Speicher entsprechend dem Vorzeichen und der Amplitude des Ausgangssignales H_R des Höhendetektors 42 verschoben werden. Der Vorgang der Verschiebung der Speicherplätze von Daten in einem Speicher ist dem Fachmann auf dem Gebiete digitaler Daten­ verarbeitung bestens bekannt, wobei es sich um eine blockweise Verschiebung von in einem Speicher gespeicherten Daten handelt. Eine Datenblockverschiebungseinheit 66 erhält als Eingangssignal H_R. In Abhängigkeit von diesem Signal ermittelt die Datenblock­ verschiebungseinheit 66 das Vorzeichen des H_R-Signales, woraus die Einheit bestimmt, ob der Speicherinhalt in Richtung auf höhere oder auf niedrigere Adressenplätze um einen Betrag ver­ schoben wird, der von der Größe des Signales H_R abhängig ist. Wenn das Vorzeichen des Signales H_R negativ ist, so wird der Inhalt des Speichers in Richtung auf höhere Adressen verschoben. In diesem Falle liefert die Datenblockverschiebungseinheit 66 ein Lesebefehlssignal null zur Adresse 4000 über die Leitung 67 an den Speicher 58. Der Speicher 58 bietet den Inhalt der Speicher­ adresse 4000 über die Leitung 68 der Datenblockverschiebungsein­ heit 66 an, welche über die Leitung 67 ein Schreibbefehlssignal zur Adresse 0 +H_R führt. Dieser Vorgang wiederholt sich mit dem gesamten Speicherinhalt bis zur Adresse 0 wobei der Inhalt an der Adresse 0 herausgelesen und zur Adresse H_R übertragen wird. Es sei festgestellt, daß bei dieser Blockverschiebung der ursprüngliche Speicherinhalt des Speichers 58 an den Adressen 4000 bis 4000 -H_R am Speicherende fallengelassen wird und daß das Herauslesen aus dem Speicher mit der höchsten Adresse begonnen wurde.

Wäre das Vorzeichen des Signales H_R positiv gewesen, so hätte die Blockverschiebungseinheit 66 ihre Arbeit mit der niedrigsten Adresse 0 aufgenommen und hätte den abgelesenen Adresseninhalt um die Größe H_R vermindert, bevor sie den Adresseninhalt an der Adresse 0 in den Speicher eingeschreiben hätte. Auf diese Weise würden sämtliche Adressenplätze in dem Speicher 58 von 0 bis 4000 herausgelesen und zu um die Größe von H_R verminderten, niedrigeren Adressenplätzen verschoben. Es sei bemerkt, daß in diesem Falle die Informationen, welche ursprünglich in dem Speicher an den Adressenplätzen 0 bis H_R gespeichert waren, in nicht existente Adressenplätze des Speichers wiedereinzuschreiben gewesen wären, so daß bei dem Verschiebungsvorgang diese Speicher­ inhalte verloren gehen.

Nach dem Blockverschiebungsvorgang mittels der Blockverschiebungs­ einheit 66 ist der Speicherinhalt des Speichers 58 am Speicher­ platz, an welchem das Bodenechosignal gespeichert ist, derselbe, als wenn keine wellengangbedingte Höhenänderung zum Sendezeit­ punkt oder zum Empfangszeitpunkt des Bodenechosignales stattge­ funden hätte. Die Funktion des Kompensationssystems ist bisher für den Fall beschrieben worden, in dem zum Zeitpunkt des Auftre­ tens des Tastungssignales Nr. 1 eine positive wellengangbedingte Anhebung vorhanden war. In diesem Falle wurde der Sender zur selben Zeit betätigt, zu der das Tastungssignal Nr. 1 auftrat, doch wur­ den die Empfangssignale nicht aufgezeichnet, bis eine Zeit ver­ strichen war, die dem wellengangbedingten Anhebungswert ent­ sprach.

Wenn der Vorzeichendetektor 46 zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungsimpulses Nr. 1 feststellt, daß das wellengangbedingte Höhensignal negativ ist, so wird die Schaltung in diesem Falle so wirksam, daß der den Sender 20 aktivierende Impuls für eine Zeit verzögert wird, die der Größe der wellengangbedingten relativen Höhe entspricht, die zum Zeitpunkt des Tastungsim­ pulses Nr. 1 gemessen wurde. Die Rohdaten von dem Empfänger 22 werden in diesem Falle unmittelbar in den Speicher 58 einge­ schrieben. Um dies zu erreichen wird das das negative Vorzeichen meldende Signal, welches auf der Ausgangsleitung 47 des Vor­ zeichendetektors 46 erscheint, sobald die relative Höhenlage H_T zum Sendezeitpunkt ermittelt ist, dem Schalter 48 zugeführt, dessen Schaltarm in Berührung mit dem Kontaktstück 69 kommt, wenn ein negatives Signal dem Steuereingang 47 des Schalters 48 zugeführt wird. Das Kontaktstück 69 liegt an dem Ausgang des Abwärtszählers 52, in dem die Größe des Signales H_T in Abhängigkeit vom Auftreten des Tastungsimpulses Nr. 1 einge­ speichert ist und welcher durch die Taktimpulse 53 zur Ab­ wärtszählung veranlaßt wird. Der Abwärtszähler 52 in Zusammen­ wirkung mit dem Schalter 48 bewirkt also, daß der Tastungsimpuls Nr. 1 dem Sender 20 verzögert zugeführt wird. Das das negative Vorzeichen signalisierende Signal auf der Leitung 47 des Signaldetektors 46 bewirkt, daß der Kontakt­ arm 51 des Schalters 49 mit dem Kontaktstück 70 des Schal­ ters 49 Berührung aufnimmt. In diesem Falle bewirkt der Schalter 49 eine Betätigung des schrittweise weiterschalten­ den Adressengenerators 54 unter Steuerung durch die Takt­ impulse sowie eine Betätigung des Schreibhaltekreises 56, so daß das Schreibbefehlssignal und die schrittweise weitergeschalteten Adressen vom Adressengenerator 54 zu dem Speicher 58 gelangen, der seinerseits die von dem Em­ pfänger 22 dargebotenen Daten ohne jede Verzögerung nach dem Auftreten des Tastungsimpulses Nr. 1 einspeichert. Sind die Daten in den Speicher 58 eingeschrieben, so wird das Kompensationssystem 40 wieder bezüglich der Bestimmung des Vorzeichens und der Größe des Signales H_R wirksam, wie dies zuvor hinsichtlich eines positiven Wertes von H_R beschrieben worden ist.

Wie zuvor ausgeführt wird der Inhalt des Speichers 58 nach Kompensation bezüglich der wellengangbedingten Höhenlage zum Sendezeitpunkt und bezüglich der wellengangbedingten Höhenlage zum Zeitpunkt des Empfangs eines Bodenechos in Abhängigkeit von einem Tastungsimpuls Nr. 2 abgelesen, welcher durch den Schreibstift vermittels des Reed-Kontaktes 35 des Tiefenschreibers 11 ausgelöst wird, wenn der Schreib­ stift einen Anfangspunkt am Papierstreifen 30 überläuft.

Der Tastungsimpuls Nr. 2, welcher dem Adressengenerator 54 zugeführt wird, löst die schrittweise Erhöhung der Adressen für den Speicher 58 von 0 bis 4000 aus. Die gespeicherten Signale werden in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines Lesehaltekreises 71 herausgelesen, welch letzterer durch den Tastungsimpuls Nr. 2 eingeschaltet wird. Die Rück­ stellung des Lesehaltekreises 71 erfolgt durch den Ausgang des Detektors 72, wenn die letzte Adresse, nämlich die Adresse 4000, aus dem Speicher 58 abgelesen worden ist. Der Ausgang des Speichers 58 gelangt über die Leitungen 73 und 90 zu dem Aufzeichnungsverstärker 9 und wird dann auf den Papierstreifen 30 des Tiefenschreibers 11 aufgeschrieben und außerdem gelangt der Ausgang des Speichers zu dem Gatter 74.

Das Gatter 74 wird durch einen Impuls eines Adressenver­ gleichers 75 ausgelöst, um Ausgangssignale des Speichers 58 zu dem Digitaldetektor und Impulsgenerator 76 nur für einen vorbestimmten Tiefenbereich gelangen zu lassen, der auf die zuvor bestimmte Tiefe zentriert ist, welche in dem Register 59 gespeichert ist. Der Adressenvergleicher 75 wird über das Gatter 77 mit den Leseadressen beaufschlagt, wobei das Gatter 77 die Leseadressen von dem Adressenge­ nerator 54 erhält und von dem Ausgang des Lesehaltekreises 71 geschaltet wird, wobei letzterer wiederum durch den Tastungsimpuls Nr. 2 eingestellt wird. Liegt die von dem Gatter 77 zugeführte Adresse innerhalb eines bestimmten Zahlenbereiches relativ zu der Zahl, die vom Tiefenregister 59 zugeführt wird, so liefert der Adressenvergleicher 75 auf seiner Ausgangsleitung 78 ein Schaltsignal an das Gatter 74, so daß die aus dem Speicher 58 herausgelesenen Signale über das Gatter 74 zu dem Digitaldetektor und Impulsge­ nerator 76 gelangen können. Der Digitaldetektor und Impuls­ generator 76 liefert auf seiner Ausgangsleitung 79 einen Ausgangsimpuls, wenn ein vorbestimmtes Kriterium mit Bezug auf die Amplitude aufeinanderfolgender Digitalwerte erfüllt ist, welche aus dem Speicher 58 herausgelesen werden, wodurch das Vorhandensein eines Echosignales vom Meeresboden angezeigt wird. Der Digitaldetektor und Impulsgenerator 76 bildet also auf seiner Ausgangsleitung 79 einen Impuls zur Zeit der Fest­ stellung eines Bodenechos dar, wobei dieser Impuls als Schalt­ signal zu dem Gatter 80 gelangt, welches außerdem von dem Gatter 77 ein Adressensignal als Eingang erhält. Das durchge­ schaltete Adressensignal vom Gatter 80 stellt den neuen Wert zur Einspeicherung in das Tiefenregister 59 dar, welcher für die nächste Tiefenbestimmung des Kompensationssystems 40 zu ver­ wenden ist.

Bei der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles wurde angegeben, daß zur Bestimmung der wellengangbedingten Höhenlage zur angenommenen Zeit des Empfangs eines Bodenecho­ signales von der algebraischen Summe der Höhenlage zum Sende­ zeitpunkt und der tatsächlichen Tiefe (der Tiefe gemessen von der Mittellage des Wandlers), wie sie beim vorausgehenden Arbeitszyklus ermittelt wurde, heruntergezählt wird. Der Fachmann erkennt jedoch, daß bei großer Gewässertiefe der Abstand zum Meeresboden (in der Größenordnung von hunderten von Metern) so groß relativ zu den maximalen wellengangbe­ dingten Höhenänderungen (in der Größenordnung von 10 Meter) ist, daß der Einfluß einer Vernachlässigung der wellengang­ bedingten Höhenänderung zum Sendezeitpunkt für die Bestimmung der relativen Höhenlage zum Empfangszeitpunkt eines Boden­ echosignales minimal ist. Die Schaltung nach Fig. 2 kann daher durch Weglassen des Addierers 60 vereinfacht werden. Der Ab­ wärtszähler 61 hätte dann als Eingang nur ein Signal ent­ sprechend der tatsächlichen Tiefe, wie sie aufgrund des vor­ ausgegangenen Sende- und Empfangszyklus vom Tiefenregister 59 erhältlich ist.

Weiter erkennt der Fachmann, daß das System gemäß dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel auf Kosten einer weniger effektiven Ausnützung des Speichervolumens dadurch vereinfacht werden könnte, daß die unkompensierten Empfangsdaten in dem Speicher unmittelbar nach Auftreten des Sendeimpulses aufgezeichnet werden, und zwar unabhängig von der Polarität der wellengang­ bedingten Höhenlage zum Sendezeitpunkt. Der Sendeimpuls wird auch gleichzeitig mit dem Tastungsimpuls Nr. 1 unabhängig von der Polarität der relativen Höhenlage zum Sendezeitpunkt aus­ gesandt. Die algebraische Summe der relativen Höhenlage zum Sendezeitpunkt und der relativen Höhenlage zum angenommenen Zeitpunkt des Empfangs eines Bodenechos dient zur Blockver­ schiebung der empfangenen Rohdaten im Speicher. Die im Speicher verschobenen Daten werden in Abhängigkeit von dem Tastungssignal Nr. 2 zum Tiefenschreiber hin herausgelesen, wie dies zuvor bereits angegeben wurde.

Um die Arbeitsgeschwindigkeit des Systems zu erhöhen kann, wie für den Fachmann erkennbar, der Speicher 58 doppelt vor­ gesehen sein und ein Ping-Pong-Speichersystem verwirklicht werden, wobei ein Speicher die Rohdaten in Echtzeit auf­ nimmt, während der andere Speicher eine Blockverschiebung der Daten mit bedeutend höherer Geschwindigkeit vornimmt, wonach die Auslesung mit einer anderen Geschwindigkeit vorgenommen wird, um die Aufzeichnung im Tiefenschreiber vorzunehmen. Bei dem nächsten Sende- und Empfangszyklus werden die Funk­ tionen der beiden Speicher vertauscht. Auf diese Weise kann das System mit der doppelten Arbeitsgeschwindigkeit gegen­ über einem System mit nur einem Speicher betrieben werden.

Der Fachmann erkennt weiterhin, daß nach den vorliegend an­ gegebenen Konstruktionsprinzipien ein quasi-Echtzeitsystem aufgebaut werden kann, bei welchem die in Echtzeit empfangenen Daten im Sonarsystem zur selben Zeit detektiert werden, in der sie in den Speicher 58 eingeschrieben werden. Der im vorausgehenden Arbeitsspiel ermittelte wahre Wert der Tiefe dient zur Erzeugung eines Schaltsignals für ein Gatter wie etwa dem Gatter 74 vor dem Detektor 76. Der Höhendetektor wird abgefragt, wenn ein Empfangssignalschwellenwert über­ schritten wird oder es wird bei Abwesenheit eines festge­ stellten Signals der vorher ermittelte Wert der wahren Tiefe statt dessen verwendet. Der Wert der wellengangbe­ dingten Höhenlage zum Empfangszeitpunkt und der Wert der wellengangbedingten Höhenlage zum Sendezeitpunkt werden vorzeichenrichtig zusammengezählt, um eine resultierende Höhenlage zu erhalten, welche dazu dient, in Abhängigkeit hiervon die Daten in dem Speicher 58 zu verschieben. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die resultierende Höhen­ lage algebraisch zu der Adresse des Adressengenerators 54 addiert werden, so daß das vom Tiefenschreiber ausgelöste Tastungssignal Nr. 2 die Ablesung von höhenkorrigierten Daten aus dem Speicher 58 veranlaßt.

Eine Digitalanzeige der richtigen Tiefe kann von der digi­ talen Adresse des Speichers 58 bei Feststellung eines Empfangs­ signales in Echtzeit nach Korrektur um die resultierende relative Höhenlage des Senders mittels einer Schaltung er­ halten werden, welche vom Fachmann entsprechend aufgebaut wird.

Claims (4)

1. Sonargerät mit einem Sender (26, 20, 15) zur Aussendung von Schallimpulsen in Richtung auf eine schallreflektieren­ de Fläche, mit einer Empfangs- und Meßeinrichtung (15, 22, 24, 11) zum Empfang der von der genannten reflektierenden Fläche reflektierten Schallimpulse und zur Messung des Hin- und Rücklaufweges zwischen dem Sender, der reflektierenden Fläche und der Empfangs- und Meßeinrichtung, wobei der Sen­ der und die Empfangs- und Meßeinrichtung mindestens während der Zeit der Ausbreitung eines Schallimpulses vom Sender zur reflektierenden Fläche und zurück zur Empfangs- und Meßeinrichtung einen Versatz in Richtung der Entfernung zwischen dem Sender bzw. der Empfangs- und Meßeinrichtung und der reflektierenden Fläche relativ zu einer Mittellage erleiden, ferner mit einem Höhenversatzdetektor (42) zur Messung des Höhenversatzes des Senders relativ zu einer Versatz-Mittellage und mit einer Modifizierungseinrichtung (24) zur Meßwertkompensation in Abhängigkeit von gemessenen Höhenversatzwerten, dadurch gekennzeichnet, daß vom Höhenversatzdetektor (42) sowohl dem Höhenversatz des Senders relativ zur Ver­ satz- Mittellage zum Zeitpunkt der Aussendung eines Schall­ impulses entsprechende Signale als auch dem Höhenversatz der Empfangs- und Meßeinrichtung zum Zeitpunkt des Empfangs eines reflektierten Schallimpulses entsprechende Signale sowie dem jeweiligen Vorzeichen (47) des Höhenversatzes entsprechende Signale abgeleitet werden, und daß die Si­ gnale entsprechend beiden Höhenversatzwerten in der Modifi­ zierungseinrichtung zur Kompensation unter Berücksichtigung der zugehörigen Vorzeichensignale addiert werden.

2. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Tastungsimpulsgenerator zur Erzeugung eines re­ gelmäßig wiederkehrenden Tastungsimpulses vorgesehen ist,
• - daß der Höhenversatzdetektor die Messung des Höhenversat­ zes des Senders zum Zeitpunkt des Auftretens des Ta­ stungsimpulses und die Messung des Höhenversatzes der Emp­ fangs- und Meßeinrichtung zum Zeitpunkt eines erwarteten Empfanges eines reflektierten Schallimpulses vornimmt, wo­ bei der Zeitpunkt des erwarteten Empfangs von einem berich­ tigten Tiefenmeßwert eines vorausgegangenen Sende- und Emp­ fangszyklus abgeleitet wird,
• - daß eine Speichereinrichtung zur Speicherung reflektier­ ter Schallimpulse vorgesehen ist,
• - daß weiterhin der Zeitpunkt des Aussendens eines Schall­ impulses durch den Sender relativ zu dem Tastungsimpuls entsprechend dem Höhenversatzwert des Senders verzögert wird, wenn der Höhenversatzwert ein bestimmtes Vorzeichen hat und
• - daß die Betätigung der Speichereinrichtung entsprechend dem Höhenversatzwert des Senders verzögert wird, wenn der Höhenversatzwert das entgegengesetzte Vorzeichen besitzt,
• - daß fernerhin die in der Speichereinrichtung gespeicher­ ten reflektierten Schallimpulse entsprechend dem Höhenver­ satz der Empfangs- und Meßeinrichtung in dem Speicher ver­ schoben werden, wobei die Verschiebung in einer durch das Vorzeichen des Höhenversatzes der Empfangs- und Meßeinrich­ tung bestimmten Richtung und um einen durch die Größe des Höhenversatzes der Empfangs- und Meßeinrichtung bestimmten Betrag erfolgt und
• - daß schließlich Mittel zum Herauslesen der verschobenen reflektierten Schallimpulse aus der Speichereinrichtung vorgesehen sind, um eine berichtigte Tiefenmessung von der Mittellage des Senders und der Empfangs- und Meßeinrichtung aus zu erhalten.

3. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Tastungsimpulsgenerator zur Erzeugung eines Ta­ stungsimpulses vorgesehen ist,
• - daß der Höhenversatzdetektor eine Messung von Größe und Vorzeichen des Höhenversatzes des Senders zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungsimpulses vornimmt, daß der Sender bei Auftreten des Tastungsimpulses ohne Verzögerung dann betätigt wird, wenn der genannte Höhenversatz des Senders ein bestimmtes erstes Vorzeichen besitzt,
• - daß eine Speichereinrichtung zur Speicherung empfangener reflektierter Schallimpulse vorgesehen ist, in welcher die Einspeicherung nach einer Zeit erfolgt, welche der Größe des Höhenversatzes des Senders und der Ausbreitungsge­ schwindigkeit des Schalls im Ausbreitungsmedium entspricht, wenn der Höhenversatzdetektor das genannte erste Vorzeichen des gemessenen Höhenversatzes meldet,
• - daß ein Vorzeichendetektor ein gegebenenfalls entgegenge­ setztes Vorzeichen des gemessenen Höhenversatzes des Sen­ ders zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungsimpulses mel­ det und eine Verzögerung der Aussendung eines Schallimpul­ ses durch den Sender bewirkt, wobei diese Verzögerung der Größe des gemessenen Höhenversatzes entspricht und wobei der auf das entgegengesetzte Vorzeichen ansprechende Vor­ zeichendetektor die Speichereinrichtung dazu veranlaßt, die Speicherung empfangener Schallimpulse zur Zeit des Auftre­ tens des Tastungsimpulses zu beginnen,
• - daß weiterhin Speichermittel zur Speicherung eines bezüg­ lich des Höhenversatzes korrigierten Tiefenmeßwertes aus einem vorausgehenden Sende- und Empfangszyklus vorgesehen sind,
• - daß ein Addierer die algebraische Summe des gespeicher­ ten, bezüglich des Höhenversatzes korrigierten Tiefenmeß­ wertes und des vom Höhenversatzdetektor ermittelten Höhen­ versatzes des Senders bildet,
• - daß weiter eine Schaltsignalquelle zu einer Zeit entspre­ chend dem genannten algebraischen Summenwert ein Schaltsi­ gnal liefert,
• - daß weiter der Höhenversatzdetektor in Abhängigkeit von dem genannten Schaltsignal den Höhenversatz der Empfangs- und Meßeinrichtung nach Größe und Vorzeichen bestimmt,
• - daß Mittel zur Verschiebung des Inhaltes der Speicherein­ richtung um die Größe des genannten Höhenversatzes zu der betreffenden Zeit und in einer Richtung entsprechend dem Vorzeichen des Höhenversatzes zu dieser Zeit vorgesehen sind,
• - daß schließlich ein Schreibgerät einen Impuls jeweils zu Beginn jeder Zeile der Aufzeichnung erzeugt, wobei dieser Impuls die Herauslesung des Inhaltes aus dem Speicher zu dem Aufzeichnungsgerät aus löst und
• - daß endlich Detektormittel zur Feststellung eines reflek­ tierten Schallimpulses im Speicherinhalt zur Bildung eines neuen Wertes einer bezüglich des Höhenversatzes korrigier­ ten Tiefenmessung vorgesehen sind.

4. Sonargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Tastungsimpulsgenerator zur Erzeugung eines Ta­ stungsimpulses vorgesehen ist,
• - daß der Höhenversatzdetektor eine Messung von Größe und Vorzeichen des Höhenversatzes des Senders zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungsimpulses vornimmt,
• - daß eine Speichereinrichtung zur Speicherung empfangener reflektierter Schallimpulse vorgesehen ist, in welcher die Einspeicherung nach einer Zeit erfolgt, welche der Größe des Höhenversatzes des Senders und der Ausbreitungsge­ schwindigkeit des Schalls im Ausbreitungsmedium entspricht, wenn der Höhenversatzdetektor ein bestimmtes Vorzeichen des gemessenen Höhenversatzes meldet,
• - daß ein Vorzeichendetektor ein gegebenenfalls entgegen­ gesetztes Vorzeichen des gemessenen Höhenversatzes des Sen­ ders zum Zeitpunkt des Auftretens des Tastungsimpulses mel­ det und eine Verzögerung der Aussendung eines Schaltimpul­ ses durch den Sender bewirkt, wobei diese Verzögerung der Größe des gemessenen Höhenversatzes entspricht und wobei der auf das entgegengesetzte Vorzeichen ansprechende Vor­ zeichendetektor die Speichereinrichtung dazu veranlaßt, die Speicherung empfangener Schallimpulse zur Zeit des Auftre­ tens des Tastungsimpulses zu beginnen,
• - daß weiterhin Speichermittel zur Speicherung eines bezüg­ lich des Höhenversatzes korrigierten Tiefenmeßwertes aus einem vorausgehenden Sende- und Empfangszyklus vorgesehen sind,
• - daß weiter eine Schaltsignalquelle ein Schaltsignal zu einer Zeit entsprechend dem genannten, bezüglich des Höhen­ versatzes korrigierten Tiefenmeßwertes liefert,
• - daß weiter der Höhenversatzdetektor in Abhängigkeit von dem genannten Schaltsignal den Höhenversatz der Empfangs- und Meßeinrichtung nach Größe und Vorzeichen bestimmt,
• - daß Mittel zur Verschiebung des Inhaltes der Speicherein­ richtung um die Größe des genannten Höhenversatzes der Emp­ fangs- und Meßeinrichtung und in einer Richtung entspre­ chend dem Vorzeichen des Höhenversatzes der Empfangs- und Meßeinrichtung vorgesehen sind,
• - daß schließlich ein Schreibgerät einen Impuls jeweils zu Beginn jeder Zeile der Aufzeichnung erzeugt, wobei dieser Impuls die Herauslesung des Inhaltes aus dem Speicher zu dem Aufzeichnungsgerät auslöst, und
• - daß endlich Detektormittel zur Feststellung eines reflek­ tierten Schallimpulses in dem verschobenen Speicherinhalt zur Bildung eines neuen Wertes einer bezüglich des Höhen­ versatzes korrigierten Tiefenmessung vorgesehen sind.