DE727199C - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Richtung und/oder der Entfernung von Gegenstaenden nach der Echomethode unter Verwendung von Unterwasserschallgeraeten - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Richtung undloder der Entfernung von Gegenständen nach der Echomethode unter Verwendung von Unterwasserschallgeräten Es ist bekannt, aus der Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Aussender eines akustischen Impulses und dem Empfang des Echos die Entfernung eines schallreflektierenden Gegenstandes zu bestimmen. Diese Methode wird beispielsweise zur Tiefenlotung verwendet.
• Bei der Anwendung dieser Methode beim Horizontallot ging man bisher meist davon aus, daß die Richtung zum schallreflektierenden Gegenstand bekannt sei. Man nahm beispielsweise an, daß er sich ungefähr in der Fahrtrichtung des Schiffes befindet. Man drehte dann den Schallsender und den Empfänger in diese Richtung und sandte einen Lotimpuls aus. Erhielt man von diesem Impuls ein Echo, so war durch die Zeitdifferenz die Entfernung bestimmt. Man kann nun mit Hilfe dieser Lotmethode auch die ganze Umgebung des Schallsenders innerhalb eines gewissen Entfernungsbereiches nach schallreflektierenden Gegenständen abloten, indem man während der stetigen oder schrittweisen Drehung eines gerichtet strahlenden Senders und eines gerichteten Empfängers, die beide gleich schnell und gleichsinnig gedreht werden, oder durch Drehen eines wahlweise als Sender oder Empfänger verwendbaren, ebenfalls gerichtet strahlenden Schwingers in bestimmten Zeitabständen Lotimpulse aussendet und auf Echos achtet. Bei diesem Verfahren trat nun der Nachteil auf, daß entweder durch zu schnelles Drehen verschiedene Echos vom Empfänger nicht mehr aufgenommen wurden oder daß infolge zu kleiner Umdrehungsgeschwindigkeit das Abloten des ganzen Horizontes zu viel Zeit in Anspruch nahm.
• Bei zu hoher Drehgeschwindigkeit kam es oftmals vor, daß schallreflektierende Gegenstände übersehen wurden. Bei zu kleiner Drehgeschwindigkeit bestand die Gefahr, daß die sich bewegenden schallreflektierenden Gegenstände vor ihrem Erkennen derart schnell sich dem Schiff näherten, daß keine Ausweich- oder sonstigen Verteidigungsmanöver mehr ausgeführt werden konnten.
• Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden.
• Das Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung der Richtung undloder der Entfernung von Gegenständen nach der Echomethode unter Verwendung von an sich bekannten Unterwasserschallgeräten besteht nun darin, daß durch geeignete Bemessung der Antriebselemente eine volle Umdrehung des Schwingers in einer solchen Zeit erfolgt, daß in jedem Winkelbereich, der kleiner oder höchstens gleich dem Winkel zwischen zwei durch das o,3fache der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers festlegende Punkte gehenden Strahlen ist, mindestens ein, zweckmäßig jedoch mehrere gerichtete Lotimpulse ausgesandt werden und von diesen mindestens ein Echo aus der größten Entfernung des Meßbereiches empfangen wird, wobei die Aussendung mehrerer Lotimpulse innerhalb des gleichen Winkelbereiches sowohl in der gleichen Richtung als auch in verschiedenen Richtungen erfolgen kann.
• Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Horizont in solche Winkelbereiche zu unterteilen, die gleich dem Winkel zwischen zwei durch das o,7fache der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers festlegende Punkte gehenden Strahlen sind.
• In der Abbildung ist eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung unter Verwendung ultrasonorer Frequenzen beispielsweise dargestellt. Es ist I ein Ausfahrgerät, das an seinem Ende einen Magnetostriktionsschwinger 2 und eine mit diesem starr verbundene magnetostriktive Schwinger basis 3 trägt. Der Schwinger2 und die Schwingerbasis 3 sind um die Längsachse des Ausfahrgerätes I drehbar. Der Schwinger 2, der zum Abgeben des Sendeimpulses dient, wird durch einen Generator 4 erregt, der über einen automatischen Schalter 5, der zweclimäßig mit im Generator 4 untergebracht ist, mit einer Stromquelle 6 verbunden ist. Der Schalter 5 ist mit einem mechanischen oder elektrischen Zeitschaltwerk verbunden, durch das er in gewissen Zeitabständen betätigt wird. Der Schwinger 2, der auch gleichzeitig als Empfänger für die Echos dient, ist über eine automatische Schalteinrichtung 7 mit dem Verstärker 8 verbunden, an dessen Ausgang ein optisches Anzeigeinstrument g liegt.
• Parallel zu diesem Verstärker 8 liegt ein überlagerer I0, an dessen Ausgang das Telephon 11 angeschlossen ist. Das Ausfahrgerät I wird durch einen Motor 12 über ein Zweiganggetriebe das das zweckmäßig als Umkdirgetriebe ausgebildet ist, gedreht.
• Dieses Zweiganggetriebe I3 ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der eine Gang dem Ausfahrgerät I eine solche Drehgeschwindigkeit erteilt, daß in jedem Winkelbereich, der kleiner oder höchstens gleich dem Winkel zwischen zwei durch das o,3fach der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers festlegende Punkte gehenden Strahlen ist, mindestens ein, zweckmäßig jedoch meh rere gerichtete Lotimpulse- ausgesandt werden und von diesen mindestens ein Echo aus der größten Entfernung des Meßbereiches empfangen wird. Der andere Gang erteilt dem Ausfahrgerät I eine größere Umdrehungsgeschwindigkeit. Dieser Gang wird dann eingeschaltet, wenn die Unterwassersdiallanlage lediglich als Peilgerät für schallaussendende Gegenstände verwendet werden soll.
• Bei Verwendung zweier . gesonderter Schwinger zum Aussenden der Lotimpulse und zum Empfang der Echos ist es zweckmäßig, beiden Schwingern die gleiche Richtcharakteristik zu geben.
• Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Zum Absuchen des Horizontes nach geräuschaussendenden Gegenständen wird die Schwingerbasis 3 verwendet, die durch den Motor 12 derart betätigt wird, daß sie in etwa I2 Sek. einmal um 3600 gedreht wird.
• Zur Entfernungsbestimmung des aufgefundeneu geräuschaussendenden Gegenstandes oder zum Suchen geräuschlos bewegter oder stillliegender Gegenstände wird der Schwinger 2 verwendet, der durch den Generator 4 derart erregt wird, daß in gewissen Abständen ein Impuls ausgesandt wird. Bei Absuchen des Horizontes mit dem Schwinger 2 ist die Umdrehungsdauer des Ausfahrgerätes auf 2 Min. eingestellt.
• Diese Umdrehungsdauer von 2 Min. ist ein günstiger Wert, der sich aus folgender Überlegung ergibt: Es darf erstens das Gerät nur so schnell gedreht werden, daß ein zurückkommendes Echo noch auf einen einigermaßen günstigen Teil der Richtcharakteristik trifft.
• Zweitens darf nicht zu langsam gedreht werden, um für das Absuchen des Horizontes nicht zuviel Zeit zu verlieren. und drittens ist die Drehgeschwindigkeit mit Rücksicht auf die Schädlichkeit des blinden Fleckes zu wählen, dabei ist unter dem blinden Fleck der Bereich zu verstehen, aus. dem kein Echo wegen der Nachwirkung des Sendeimpulses aufgenommen werden kann. Wird die Schwingergruppe eines Schiffes ausgefahren, so wird zweckmäßig die Geschwindigkeit des Scliff:es auf etwa 8 Seemailien jie Stunde herabgesetzt werden. Sendet nun bei dieser Geschwindigkeit der Schwinger bei einer bestimmten Lage seiner~ Richtcharakteristik einen Impuls, so treffe ein beispielsweise unter + 100 mit o,7facher Maximalamplitude ausgehender Schallstrahl einen in 5000 m Entfernung liegenden Gegenstand. Hat sich der Schwinger in der Schallaufzeit von 62h Sek. um 200 weitergedreht, so wird das ankommende Echo ebenfalls mit o,7facher Amplitudenempfindlichkeit empfangen. Für den angegebenen Fall beträgt die Zeit einer Umdrehung und damit einer Horizontabsuchung 20 360 . = I20 Sek. = 2 Min.
• 3 20 In dieser Zeit hat das Schiff o,5 km zurückgelegt. Es kann nun der Fall eintreten, daß das von einem Gegenstand ausgehende Echo in den Bereich des blinden Fleckes fällt.
• Würde man nun die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schwingers auf die Hälfte herabsetzen, so würde, da das Schiff I km zurückgelegt hat, das Echo wieder in den Bereich des blinden Fleckes fallen. Der Gegenstand würde also niemals zu erfassen sein. Da als Geschwindigkeit des suchenden Schiffes etwa 8 sm/h angenommen werden kann, muß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schwingers möglichst groß sein. Als günstigste Kompromißlösung ergibt sich dabei der obengenannte Wert von 2 Min.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Bestimmung der Richtung und/oder der Entfernung von Gegenständen nach der Echomethode, wobei durch automatisches stetiges oder schrittweises Drehen eines gerichtet strahlenden Unterwasserschallsenders und eines entsprechenden Empfängers, die beide gleich schnell und gleichsinnig gedreht werden, oder durch automatisches Drehen eines wahlweise als Sender und Empfänger verwendbaren, gerichtet strahlenden Schwingers der Horizont innerhalb eines vorgegebenen Meßbereiches durch gerichtete Impulse abgesucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Bemessung der Antriebselemente der Schwinger eine volleUmdrehung dieserSchwinger zwangs-Häufig in einer solchen Zeit erfolgt, daß in jedem Winkelbereich, der kleiner oder höchstens gleich dem Winkel zwischen dem + 0,3 fachen und dem -0,3 fachen der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers ist, mindestens ein, zweckmäßig jedoch mehrere gerichtete Lotimpulse ausgesandt werden und von diesen zwangsläufig mindestens ein Echo aus der größten Entfernung des Meßbereiches empfangen wird, wobei die Aussendung mehrerer Lotimpulse innerhalb des gleichen Winkelbereiches sowohl in der gleichen Richtung als auch in verschiedenen Richtungen erfolgen kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der im Anspruch 1 genannte Winkelbereich gleich dem Winkel zwischen dem + o,7fachen und dem - 0,7fachen der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers ist.
3. 3. Unterwasserschallanlage zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem aus dem Schiff ausfahrbaren Träger, an dessen Ende ein um die Trägerachse drehbarer Schallsender und ein ebenfalls drehbarer Schallempfänger oder ein wahlweise als Sender und Empfänger verwendbarer Schwinge; angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle der Schwinger mit einem Antriebsmotor gekuppelt ist, der dem Schwinger eine solche Umdrehungsgeschwindigkeit verleiht, daß zwangsläufig in jedem Winkelbereich, der kleiner oder -höchstens gleich dem Winkel zwischen dem + 0,3 fachen und dem -o,3fachen, zweckmäßig jedoch dem + o,7fachen und dem - o,7fachen der Maximalamplitude der Richtcharakteristik des Empfängers ist, mindestens ein, zweckmäßig jedoch mehrere gerichtete Lotimpulse ausgesandt werden und von diesen zwangsläufig mindestens ein Echo aus der größten Entfernung des Meßbereiches empfangen wird, und daß schließlich im Erregerstromkreis des Senders eine in gewissen Zeitabständen automatisch betätigte Schaltvorrichtung vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Träger des Ausfahrgerätes ein zweiter Empfänger oder eine Empfängergruppe angeordnet ist, die zum Absuchen des Horizontes nach schallaussendenden Gegenständen dient und daß die Drehwelle der Schwinger mit dem Antriebsmotor über ein Zweiganggetriebe gekuppelt ist, dessen einer Gang den Schwingern eine solche Umdrehungsgeschwindigkeit verleiht, daß ebenfalls wieder in einem durch Anspruch I oder 2 gegebenen Winkelbereich zwangsläufig mindestens ein, zweckmäßig jedoch mehrere gerichtete Impulse ausgesandt werden und von diesen zwangsläufig mindestens ein Echo aus der größten Entfernung des Meßbereiches empfangen wird, und dessen anderer Gang den Schwingern eine größere Umdrehungsgeschwindigkeit erteilt, die zum Aufsuchen von schallaussendenden Gegenständen eingeschaltet wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfängerseite der Unterwasserschallanlage außer einem optischen Anzeigegerät gleichzeitig ein akustisches Anzeigegerät vorgesehen ist.