DE4017849C3 - Schaltungsanordnung zur Störunterdrückung im Empfangssignal von Sonaranlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Störunterdrückungsschaltung gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Eine aus der DE-OS 23 15 543 bekannte Schaltungsanordnung dieser Art dient der Freigabe und Blockierung einer Sonaranlage in Abhängigkeit von etwa vorhandenen Störsignalen. Hierzu ist bei einer ersten Ausführungsform (Fig. 1) an die Ausgänge der beiden Signalverarbeitungskanäle ein UND- Gatter angeschlossen, welches die Auswertung der Lotsignale sperrt, sofern an den Ausgängen beider Kanäle Signale auftreten, weil sowohl das Nutzsignal als auch ein Rauschsignal vorhanden ist. Bei einer zweiten Ausführungsform (Fig. 4) ist in jedem der Kanäle ein logarithmischer Verstärker vorgesehen. Die Ausgänge beider Kanäle sind an ein Subtrahierglied geführt, welches ein der Differenz der logarithmierten Signale und somit ein dem Quotienten der eigentlichen Kanalsignale entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das anschließend in einem Pegelvergleicher mit einem Bezugspegel verglichen wird. In Abhängigkeit vom Pegelvergleich erfolgt die Freigabe bzw. Blockierung der Sonaranlage.

Ferner ist aus DE-OS 20 59 507 eine Schaltungsanordnung zum Bedämpfen eines breitbandigen Grundstörpegels und ihm überlagerter Störsignale eines begrenzten Frequenzbereichs bekannt, die insbesondere der Unterdrückung der durch Nachhall hervorgerufenen Störungen bei Sonaranlagen dient. Das Empfangssignal, bestehend aus Grundstörpegel, Störsignalen und Nutzsignalen von kürzerer Dauer als die Störsignale, wird einer aus zwei parallelen Kanälen bestehenden Schaltungsanordnung zugeleitet. Am Eingang des einen Kanals ist ein Bandpaß vorgesehen, an den sich ein Regelverstärker anschließt, während im zweiten Kanal dem Regelverstärker eine Bandsperre vorgeschaltet ist. Bandpaß und Bandsperre sind auf den gleichen Frequenzbereich um die Sendefrequenz als Mittenfrequenz abgestimmt. An jeden der beiden Regelverstärker schließt sich ein Bandpaß geringerer Bandbreite an, dessen Ausgangssignal die Verstärkung des vorgeschalteten Regelverstärkers steuert. Dabei stimmt die Mittenfrequenz des nachgeschalteten Bandpasses im ersten Kanal mit der Mittenfrequenz des dem Regelverstärker vorgeschalteten Bandpasses überein, während im zweiten Kanal die Mittenfrequenz des nachgeschalteten Bandpasses außerhalb der Mittenfrequenz der dem Regelverstärker vorgeschalteten Bandsperre liegt. Die Ausgänge beider Regelverstärker sind an eine Addierstufe geführt, die ausgangsseitig konstante spektrale Pegel als Störhintergrund und diesem überlagert Nutzsignale liefert. Der Störhintergrund ist dabei aus einnivellierten Störsignalen sowie dem Grundstörpegel entstanden. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, daß an den Grenzen der Frequenzbereiche von Bandpaß und Bandsperre liegende Nutzsignale wegen verschiedener Phasendrehungen durch diese Filter nur stark gedämpft am Ausgang der Addierstufe erscheinen. Außerdem vermag diese Schaltungsanordnung durch ein Stampfen des Schiffes hervorgerufene Störsignale nicht zu unterdrücken.

Soll eine Echolotanlage auch schwache Boden- oder Fischechos auswerten können und sind vom Schiff ausgehende, durch den Seegang verursachte oder auch von fremden, in anderen Frequenzbereichen arbeitenden Sonaranlagen erzeugte Störungen zu erwarten, so reichen die bisher bekannten, durch technische Randbedingungen begrenzten Störunterdrückungsmaßnahmen, wie eine Verlängerung des Sendeimpulses oder eine Verringerung der Empfangsbandbreite, vielfach nicht aus, um das Nutzsignal deutlich von solchen Störsignalen zu unterscheiden. Auch die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung nach DE-OS 23 15 543 schafft hier keine Abhilfe, weil sie Lotungen beim Vorhandensein von Störsignalen unmöglich macht und die Lotanlage erst wieder freigibt, wenn die Störsignale verschwunden sind. Die Schaltungsanordnung nach DE-OS 20 59 507 ist mit den oben genannten Mängeln behaftet.

Aufgabe der Erfindung ist es folglich, eine verbesserte Schaltungs­ anordnung zur Unterdrückung von Störungen im Empfangssignal von Sonar­ anlagen zu schaffen, welche Lotungen auch beim Vorhandensein von Störsignalen ermöglicht und mit einfachen Mitteln an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpaßbar sein soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.

Der wesentliche Vorteil liegt darin, daß die Störunterdrückung vom Amplitudenverhältnis der Nutz- und der Störsignale praktisch unabhängig ist. Gegenüber einer schmalbandigen Ausfilterung des Nutzsignals bereits im Vorfilter ergibt sich eine bessere Ausnutzung der Empfangsenergie.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild der Störunterdrückungsschaltung,

Fig. 2 den Verlauf der Filterkurven des Vorfilters und der beiden Kanalfilter;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des ersten Kanals;

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des zweiten Kanals; und

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Differenzverstärkers.

Der Wandler 1 wird über eine herkömmliche Sende/Empfangsweiche abwechselnd als Sende- und als Empfangswandler benutzt. Er hat normalerweise eine Empfangsbandbreite von etwa 10% der Sendefrequenz. Das an seinem Ausgang stehende Empfangssignal wird über eine Eingangsstufe 2 mit zeitabhängiger, d. h. entfernungsabhängiger Verstärkungsregelung TVG, einem Vorfilter 3 zugeführt, dessen Durchlaßbandbreite derjenigen des Wandlers angepaßt ist, also beispielsweise ebenfalls ungefähr 10% der Sendefrequenz beträgt. In einer anschließenden Regelstufe 4 wird das Signal automatisch (AGC) oder von Hand auf eine gewünschte Ausgangsgröße geregelt. An den Ausgang 5 der Regelstufe sind zwei getrennte Signalverarbeitungskanäle I und II angeschlossen. Am Eingang jedes Kanals ist ein schmalbandiges Kanalfilter 11 bzw. 21 vorgesehen. Beide Kanalfilter haben die gleiche Bandbreite, welche ggf. in Abhängigkeit von der Sendeimpulslänge umschaltbar sein kann.

Die Mittenfrequenz des Kanalfilters 11 ist auf die Frequenz des Sendesignals abgestimmt. Die Bandbreite beträgt beispielsweise 2% der Sendefrequenz. Das Kanalfilter 21 hingegen läßt selektiv Signale hindurch, welche außerhalb der Durchlaßbandbreite des Kanalfilters 11, wohl aber innerhalb der Bandbreite des Vorfilters 3 liegen. Bei der Bemessung der Filterkurven gemäß Fig. 2 liegt die Durchlaßkurve des Filters 21 oberhalb derjenigen des Filters 11. Sie könnte ebensogut unterhalb des Frequenzgangs des Filters 11 vorgesehen sein. Durch die genannte Filteranordnung wird erreicht, daß im Kanal I Signale sowohl mit der Sendefrequenz als auch in diesem Frequenzbereich liegende Störungen verarbeitet werden. Das in Fig. 3 wiedergegebene Ausgangssignal des Kanals 11 zeigt somit sowohl die Nutzsignale in Form eines Bodenechos und eines Fischechos sowie mehrere Störsignale. Diese Störsignale, welche üblicherweise ein breites Frequenzspektrum enthalten, werden in beiden Kanälen verarbeitet. Durch die Selektivität des Filters 21 im Kanal II werden jedoch die Nutzechos nicht hindurchgelassen. Der Kanal II zeigt das in Fig. 4 wiedergegebene Ausgangssignal, welches nur die Störanteile enthält.

In beiden Kanälen ist jeweils dem Filter 11 bzw. 21 ein Verstärker 12 bzw. 22 und diesem ein Gleichrichter 13 bzw. 23 nachgeschaltet. Die Ausgangssignale der beiden Kanäle I und II gelangen dann an die Eingänge eines Differenzverstärkers 6, der durch Differenzbildung die in beiden Kanälen vorhandenen Störanteile unterdrückt und somit gemäß Fig. 5 an seinem Ausgang 7 das von Störungen befreite Nutzsignal zur Verfügung stellt. Dies kann auf beliebige Weise weiterverarbeitet werden, beispielsweise für die Aufzeichnung durch einen Schreiber 8, für eine Digitalanzeige 9 oder eine Bildschirmwiedergabe 10.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker 22 im Kanal II als Regelverstärker ausgebildet und erhält seine den Verstärkungsgrad bestimmende Regelspannung von einem Regelspannungserzeuger 24, dessen Eingang an den Ausgang 7 des Differenzverstärkers angeschlossen ist. Der Regelspannungserzeuger 24 weist eine relativ lange Zeitkonstante auf und kann mit seinem Ausgangssignal den Verstärkungsgrad des Verstärkers 22 um beispielsweise ±3 dB ändern. Dies ist vorteilhaft, wenn beispielsweise die Empfangsempfindlichkeit des Wandlers 1 für die beiden unterschiedlichen, in den Kanälen I und II zu verarbeitenden Frequenzbereiche unterschiedlich ist oder der frequenzabhängige Abfall bzw. der Anstieg des Störpegels mit etwa 6 dB/Oktave bereits einen Einfluß hat. Es ist aber auch möglich, den Verstärkungsgrad des Verstärkers 22 einmalig bei Inbetriebnahme der Anlage mit einem Potentiometer anzupassen. Mit dem Regelverstärker wird die Störspannung auf ein Minimum gestellt.

Um handelsübliche Filter mit steilen Flanken verwenden zu können, kann in Weiterbildung der Erfindung in jedem der Kanäle I und II dem betreffenden Kanalfilter eine Mischstufe vorgeschaltet sein, die zusammen mit der Ausgangsfrequenz eines zugeordneten Oszillators das vorgefilterte Eingangssignal jedes Kanals in einen höheren oder niedrigeren Frequenzbereich umsetzt. Dabei wird der Abstand der Oszillatorfrequenzen so gewählt, daß eine ausreichende Selektion zwischen Kanal I und II möglichst mit dem gleichen Filtertyp und mit gleichem Durchlaßbereich erfolgen kann.

Zur weiteren Verbesserung der Nutzsignalausbeute kann ein zweites Kanalpaar vorgesehen sein, dessen Filter 21 dann bezogen auf Fig. 2 eine Filterkennlinie aufweist, welche unterhalb der Sendefrequenz liegt. Bildet man auch in diesem zweiten Kanalpaar in der oben geschilderten Weise ein Differenzsignal und führt anschließend die Ausgangssignale beider Kanalpaare einer Summierstufe zu, so addieren sich die Nutzsignale, d. h. die Nutzsignalausbeute wird bei Aufrechterhaltung Störunterdrückung noch verbessert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 1 oberhalb der die beiden Kanäle I und II wiedergebenden Störunterdrückungsschaltung 25 dargestellt. Die Störunterdrückungsschaltung 25 ist hier durch einen Analog/Digitalumsetzer 26 und einen nachgeschalteten Mikroprozessor 27 realisiert, welche zusammen die Kanalfilterung und Differenzsignalbildung auf digitale Weise bewirken. Diese Schaltung 28 ersetzt somit den Schaltungsteil 25 in Fig. 1.

Eine solche digitale Signalverarbeitung empfiehlt sich auch bei Verwendung von Mehrkanalanlagen mit unterschiedlichen Sendefrequenzen. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Sendeimpulse nicht synchron ausgesandt werden.

Die Erfindung ist nicht nur bei Echolotanlagen einsetzbar, sondern auch bei Transportsonaren oder anderen Anlagen, die durch akustische Signale aktiviert werden sollen. Auf diese Weise lassen sich Fehlaktivierungen solcher Geräte durch Störimpulse unterschiedlicher Herkunft vermeiden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Störunterdrückung im Empfangssignal von Sonaranlagen, bei der

• a) zwei getrennte Signalverarbeitungskanäle (I, II) vorgesehen sind;
• b) am Eingang des ersten Kanals (I) ein auf die Mittenfrequenz des Sendesignals abgestimmtes schmalbandiges erstes Kanalfilter (11) angeordnet ist;
• c) am Eingang des zweiten Kanals (II) ein schmalbandiges zweites Kanalfilter (21) vorgesehen ist, dessen Mittenfrequenz von derjenigen des ersten Filters (11) so weit abweicht, daß sich die Filterkennlinien der beiden Kanalfilter (11, 21) nicht überlappen;
• d) in jedem der beiden Kanäle (I, II) dem Kanalfilter (11, 21) ein Verstärker (12, 22) und ein Gleichrichter (13, 23) nachgeschaltet ist;
• e) an die Ausgänge beider Kanäle (I, II) ein Differenzverstärker (6) sowie eine Signalauswerteschaltung (8, 9, 10) angeschlossen sind,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• f) das Empfangssignal nach Vorverstärkung einem auf die Sendefrequenz abgestimmten Vorfilter (3) zugeführt ist, dessen Durchlaßbandbreite so bemessen ist, daß die Durchlaßbereiche beider Kanalfilter innerhalb der Durchlaßbandbreite des Vorfilters (3) liegen;
• g) das Ausgangssignal des Vorfilters (3) den beiden Signalverarbeitungskanälen (I, II) zugeleitet wird;
• h) der Verstärker (22) des zweiten Kanals (II) als Regelverstärker ausgebildet und ein zugehöriger Regelspannungserzeuger (24) an den Ausgang des Differenzverstärkers (7) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem zweiten Kanalfilter (11, 21) je eine Mischstufe vorgeschaltet ist, welche zusammen mit dem Signal eines zugeordneten Oszillators das Eingangssignal jedes Kanals (I, II) in einen höheren oder niedrigeren Frequenzbereich umsetzt.