DE879966C

DE879966C - Kontinuierlich anzeigendes Echolotgeraet

Info

Publication number: DE879966C
Application number: DEP33331A
Authority: DE
Inventors: James Watt
Original assignee: Marconi Sounding Device Co Ltd
Current assignee: Marconi Sounding Device Co Ltd
Priority date: 1947-01-15
Filing date: 1949-02-05
Publication date: 1953-06-18
Also published as: GB633490A; BE479641A; ES181386A1; US2530035A

Description

Die Erfindung betrifft .kontinuierlich anzeigende Echolotgeräte, die mit einem periodischen Impulsecho arbeiten, bei denen also periodisch ein Impuls von einem Sender gegen einen reflektierenden Gegenstand ausgesandt und der Abstand dieses reflektierenden Gegenstandes aus der Zeitdifferenz zwischen der Aussendung eines Impulses und dem Empfang des Echos bestimmt wird. Die Periode, mit der die Sendeimpulse ausgesandt werden, wird gewöhnlich als Sendeperiode bezeichnet, und dieser Ausdruck wird auch in der folgenden Beschreibung l)enutzt.

Bei den bekannten Echolotgeräten der erwähnten Art wird die Sendeperiode größer gewählt als die größte Echolaufzeit, d. h. sie ist länger als die Laufzeit des Impulses zur reflektierenden Fläche und zurück bei den größten Entfernungen, für die das Gerät gebaut ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß zwischen der Aussendung eines bestimmten Impulses und dem Empfang des zugeordneten Echos kein neuer Sendeimpuls erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines Echolotgerätes. Das Gerät soll eine fortlaufende Anzeige oder eine fortlaufende Registrierung der Tiefe oder der Entfernung geben und in hohem Maße gegen Fehlanzeigen gesichert sein, die durch fremde Geräusche oder durch den zufälligen Ausfall des Empfangs des zu einem bestimmten Impuls gehörenden Echos entstehen können.

Gemäß der Erfindung sind bei einem kontinuierlich anzeigenden Echolotgerät mit periodischer Im-

pulssenduhg und abgegrenzten Empfangsunterperioden, die kleiner sind als die Sendeperiode, erfindungsgemä'ß^: zwei aufeinanderfolgende Empfangsunterperioden nicht langer als eine Sendeperiode, und das Längenverhältnis aufeinanderfolgender Empfangsunterperioden und/oder das Verhältnis der Empfängerempfindlichkeiten während dieser aufeinanderfolgenden Empfangsunterperioden wird derart eingestellt, daß beim Fehlen eines

ίο Echos die über mehrere Sendeperioden gemittelte Empfängerausgangsenergie der einen Gruppe zusammengehöriger Empfangsunterperioden gleich der gemittelten Empfängerausgangsenergie der anderen Gruppe zusammengehöriger Empfangsunterperioden ist, und ferner sind Mittel vorgesehen, durch die bei einer Störung der Gleichheit durch das Auftreten von Echos die Anfangszeiten der Empfangsunterperioden derart unter Registrierung oder Anzeige . verschoben werden, daß' diese Gleichheit wiederhergestellt wird.

Vorzugsweise sind die Unterperioden gleich. Wenn die Sendeimpulse in eine der beiden Unterperiodengruppen fallen, kann jede Unterperiode einen kurzen Zeitabschnitt enthalten, währenddessen der Empfänger unempfindlich gemacht wird. Solche kurzen Zeitabschnitte können, um ein praktisches Beispiel zu geben, etwa V100 einer Sekunde dauern. Fällt z. B. der Sendeimpuls in die zweite Unterperiode, so wird auf diese Weise der unmittelbare Empfang des gesendeten Impulses (Nullecho) während der zweiten Unterperiode vermieden und die gestellte Bedingung der Gleichheit der gemittelten Gesamtenergien beim Fehlen eines Echoempfangs wird dadurch erreicht, daß während der anderen Gruppe von Unterperioden eine entsprechende kurze Periode der Unempfindlichkeit vorgesehen wird. Es ist jedoch nicht notwendig, während aller Unterperioden kurze Zeitabschnitte der Unempfindlichkeit vorzusehen, denn es genügt, solche kurzen Zeitabschnitte der Unempfindlichkeit nur in denjenigen Gruppen von Unterperioden vorzusehen, die eine Sendung enthalten, wobei dann die verlangte Gleichheit der mittleren Energiegehalte beim Fehlen eines Echoempfangs entweder durch eine entsprechende

Reduzierung der Empfängerempfindlichkeit während des ganzen Verlaufs der übrigen Gruppen von Unterperioden oder durch eine geringe Verkürzung der Unterperioden oder durch beide Mittel erreicht wird.

Vorzugsweise grenzen die aufeinanderfolgenden abwechselnden Unterperioden zeitlich aneinander, so daß die Endzeiten der einen Gruppe von Unterperioden im wesentlichen mit den Anfangszeiten der anderen Gruppe von Unterperioden zusammenfallen, und der Empfängerteil des Gerätes ist so ausgebildet, daßier einen gleichgerichteten Ausgangsstrom liefert, welcher während aufeinanderfolgender Unterperioden entgegengesetzte Polarität aufweist, und daß die jeweiligen entgegengesetzten Ausgangsleistungen in den einzelnen Unterperioden integriert und verglichen werden, wobei ein Abweichen von der Gleichheit zwischen den verglichenen integrierten Resultierenden entweder als positive oder als negative Abweichung von der Ausgleichsspannung erscheint und derart zur Phasenverschiebung der Anfangszeiten der Unterperioden in bezug auf die Sendezeitpunkte benutzt wird, daß die Gleichheit wiederhergestellt wird. Die Tiefe oder der Abstand wird als Funktion des Phasenwinkels gemessen, der für den Abgleich erforderlich ist.

Die Phasenverschiebung oder die Änderung der Anfangszeiten der Unterperioden in bezug auf den Sendezeitpunkt kann elektromechanisch oder rein elektrisch bewirkt werden.

Vorzugsweise ist die Sendeperiode wenigstens doppelt so lang wie die größte Echolaufzeit, für die das Gerät gebaut ist. Während jeder Sendeperiode wird man zwei Unterperioden haben, die im bevorzugten und einfachsten Fall je gleich einer halben Sendeperiode sind und von denen jede einen kurzen Zeitabschnitt der Empfangsunterdrückung oder Empfängerunempfmdlichkeit hat. Auf diese Weise wird erreicht, daßi die Sendung normalerweise in einer bestimmten Gruppe der abwechselnden Unterperioden erfolgt, so daß¹ die kurzen Zeitabschnitte der Empfangsunterdrückung in der anderen Unterperiodengruppe etwa eine halbe Sendeperiode nach dem Sendezeitpunkt liegen können. Unter diesen Umständen wird die Empfangsunterdrückung niemals die Unterdrückung eines gesuchten Echos zur Folge haben. Beide Unterperioden werden einen gewissen Betrag an Geräuschenergie enthalten, und es mögen gelegentlich Blindechos auftreten. Wenn beim Einschalten die erste der Unterperioden ein Hauptecho enthält, also im Fall eines Echolotes das Lotecho, so wird die zweite Unterperiode kein Hauptecho enthalten, und die durchschnittlich empfangene Gesamtenergie während des ersten und der folgenden ungeradzahligen Unterperioden wird beträchtlich größer sein als die durchschnittlich empfangene Gesamtenergie der folgenden geradzahligen Unterperioden, so daß beim Vergleich dieser Durchschnittsleistungen eine Abweichung vom Gleichgewicht resultieren wird. Diese Abweichung wird dazu benutzt, die Anfangszeiten der Unterperioden zu verschieben, bis die Abweichung vom Gleichgewicht Null wird, und dies tritt ein, wenn der Übergang von einer Unterperiode zur nächsten in der Mitte des Impulses des Hauptechos stattfindet, so daß in jede der beiden aufeinanderfolgenden Unterperioden die Hälfte des Echoimpulses fällt. Die Tiefe oder der Abstand kann daher als Funktion der Verschiebung des Zeitpunktes des Beginns der Empfangsunterperioden angezeigt oder registriert werden, die zum Erreichen dieses Ergebnisses erforderlich ist.

Da im allgemeinen die Geräuschenergie in allen Unterperioden angenähert gleich ist, wird eine erfindungsgemäße Anordnung in hohem Mäße gegen fälsche Ablesungen infolge von Störgeräuschen geschützt sein. Außerdem wird, da die Anordnung mit gemittelten ader integrierten Energien oder genauer mit dem Vergleich solcher Energien arbeitet, als Folge eines gelegentlichen Ausfalls des Echoempfangs bei einem einzelnen Impuls keine ernste Störung der genauen Arbeit auftreten,

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Anschluß' an diese im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Abb. ι eine graphische Darstellung zur näheren Erläuterung, während die

Abb. 2 und 3 schematisch zwei Verkörperungen der Erfindung geben.

Diese Abbildungen beziehen sich auf die bevorzugte Form der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Summe zweier aufeinanderfolgender Unterperioden gleich der Sendeperiode und diese Sendeperiode größer als die maximale doppelte Echolaufzeit ist.

In dem erläuternden Diagramm der Abb. 1 gibt zunächst die Kurve a die typische bekannte Wellenform eines Echolotempfängerausgangs wieder; sie zeigt regelmäßige Zacken entsprechend den Sendeimpulsen bei B, J .. . und einen einzelnen Echoimpuls bei D, L .. ., die dem kontinuierlichen Geräuschuntergrund überlagert wird. Die Kurve b der Abb. ι zeigt das Ergebnis, das man unter folgenden Bedingungen erhält: Der Empfang ist für den kurzen Zeitabschnitt zwischen A und C, I und K (z. B. Vioo Sekunde) unterdrückt, in den der Sendeimpuls B, J fällt; der Empfang ist ferner für einen ähnlichen kurzen Zeitabschnitt zwischen F und G unterdrückt, der zeitlich eine halbe Sendeperiode verschoben ist; die Polarität des gleichgerichteten Empfängerausgangsstromes kehrt sich bei E, H und M um, wobei die Zeitabstände gleich der Hälfte der Sendeperiode sind. Man sieht, daß zwischen C und E sowie zwischen H und / ein positiver Empfängerausgangsstrom fließt, während zwischen E und F sowie zwischen G und H ein negativer Empfängerausgangsstrom fließt. Auf diese Weise wird während gleich langer Zeitabschnitte positiver und negativer Strom geliefert, und die Ströme würden sich beim Vorhandensein lediglich der Störgeräusche im Mittel aufheben. Die Echos bei D, L . .. geben jedoch eine positive Abweichung, welche dazu benutzt wird, die Phasenlage der Umkehrpunkte E, H, M. .. zu verschieben, bis E und M mit den Mittelpunkten des Echos bei D, L ... zusammenfallen. In diesem Punkt wird die mittlere Stromabweichung Null, und es erfolgt keine weitere Phasenverschiebung, falls sich nicht die Tiefe ändert; der Empfängerausgangsstrom sieht dann so aus, wie er in der Kurve c dargestellt ist.

Die oben graphisch dargestellte Wirkung kann auf verschiedenen Wegen erhalten werden. So betätigt z. B. in einem einfachen elektromechanischen Ausführungsbeispiel, das teilweise in Abb. 2 dargestellt ist, eine mit konstanter Geschwindigkeit umlaufende, nicht dargestellte Nockenscheibe einmal während jedes Umlaufes einen ebenfalls nicht dargestellten Schalter, der die erforderliche regelmäßige Impulssendung· steuert. Auf der Achse dieser Nockenscheibe befindet sich noch eine zweite, nicht dargestellte Nockenscheibe, die einen zweiten, nicht dargestellten Schalter ein- oder zweimal je Umlauf betätigt und die Aufgabe hat, den Empfang für einen sehr kurzen Zeitabschnitt in abwechselnden Unterperioden oder nach Wunsch auch in allen Unterperioden zu unterdrücken. Einer dieser kurzen Unterdrückungszeitabschnitte fällt mit jeder Sendung zusammen. Auf derselben Achse ist ferner eine dritte, nicht dargestellte Nockenscheibe angeordnet, die einen dritten, ebenfalls nicht dargestellten Schalter betätigt, welcher so angeordnet ist, daß er sich gegenüber der ihm zugeordneten Nockenscheibe drehen kann, so daß die Phasenbeziehung zwischen der Betätigung dieses dritten Schalters und den Sendezeitpunkten geändert werden kann. Der dritte Schalter wird zur Umkehrung der Polarität des gleichgerichteten Empfängerausgangsstromes benutzt. Dieser sich periodisch umkehrende gleichgerichtete Ausgangsstrom wird über einen Widerstand ι dem Gitter 2 einer Röhre 3 zugeführt, deren Kathode 4 über den üblichen Widerstand 5 an Minus liegt, während ihr Gitter 2 über den Kondensator 6 mit dem negativen Pol verbunden ist. Der Widerstand ι und der Kondensator 6 bilden ein als Integrationskreis arbeitendes RC-Glied, dessen Zeitkonstante groß ist im Vergleich zur Sendeperiode, z. B. fünfmal so groß und größer. Die Ausgangsleistung der Röhre wird der Kathodenverstärkerröhre 7 zugeführt, deren Anode 8 am positiven Pol einer Hochspannungsquelle 9 liegt und deren Kathode 10 über einen Kathodenwiderstand 11 mit dem negativen Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist. Die Spannungsquelle ist durch den aus den Widerständen 12 und 13 gebildeten Spannungsteiler überbrückt und die Kathode 10 über die Feldwicklung 14 eines kleinen Gleichstrommotors an den Abgriff dieses Spannungsteilers angeschlossen. Der Anker 15 des kleinen Gleichstrommotors wird von einer geeigneten Spannungswelle 16 über einen Vorwiderstand 17 gespeist. Auf diese Weise speist die Röhre 7 einen Brückenkreis, der die Feldwicklung 14 enthält, und die ganze Anordnung ist so abgeglichen, daß die Motorfeldwicklung 14 bei Abwesenheit einer unsymmetrischen (integrierten) Spannung an der ersten Röhre 3 stromlos ist. Wenn jedoch infolge des Eintreffens eines Echos während abwechselnder Unterperioden und infolge des Fehlens irgendeiner entsprechenden Energie in den übrigen Unterperioden an der ersten Röhre 3 eine unsymmetrische Spannung auftritt, fließt durch die Wicklung 14 in der einen oder anderen Richtung Strom, und der Motor dreht sich in der einen oder anderen Richtung. Der Motor ist durch nicht dargestellte mechanische Mittel mit dem Träger des dritten Schalters derart verbunden, daß er dessen Stellung in bezug auf die ihm zugeordnete Nockenscheibe ändert und dabei die Augenblicke der Empfängerumschaltung verschiebt. Die Arbeitsrichtung der mechanischen Verbindung ist so gewählt, daß die Motorumdrehung bestrebt ist, das Gleichgewicht wiederherzustellen, und entsprechend wird der dritte Schalter automatisch verschoben, bis beim Stillstehen des Motors infolge Erlöschens seines Feldes das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Der Betrag der Motordrehung oder die Änderung der relativen Stellung des ersten gegenüber dem dritten Schalter wird zur Anzeige oder Registrierung der Tiefe oder einer anderen Entfernung benutzt, und zwar entweder an Ort und

Stelle oder in irgendeiner an sich bekannten Weise an einem entfernten Punkt.

Abb. 3 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine geänderte Ausführungsform, die ausschließlich elekirisch arbeitet. Hier wind ein mit z. B. dreißig Schwingungen je Minute' konstant arbeitender Multivibrator i8 dazu benutzt, einen Impulssender 19 zu steuern, der dem Richtsender 20 Impulse mit Intervallen von ungefähr 2 Sekunden zuführt. Der Richtempfänger 21 liefert seinen Ausgangsstrom an seinen Verstärker 22, der während kurzer Zeiten durch Impulse gesperrt wird, die vom Impulssender 19 ausgehen, so daß dieser Empfangsverstärker während und kurz nach der Sendung der Impulse unempfindlich ist. Der Ausgang des Empfangsverstärkers 22 ist an zwei sperrbare Empfänger 23 und 24 angeschlossen, deren Eingangskreise parallel liegen und die durch Spannungen geöffnet und geschlossen werden, die von einem zweiten Multivibrator 25 ausgehen, der mit ungefähr dreißig Schwingungen in der Minute arbeitet. Positive Halbwellen des Multivibrators 25 werden zur Öffnung (oder Schließung) eines der sperrbaren Verstärker, z. B. 23, und negative Halbwellen zur Öffnung (oder Schließung) des anderen sperrbaren Verstärkers 24 benutzt, so da© die beiden sperrbaren Verstärker abwechselnd bei aufeinanderfolgenden Halbwellen des Ausgangsstromes des zweiten Multivibrators 25 arbeitsfähig sind. Der eine sperrbare Empfänger 23 ist an einen Gleichrichter 26 angeschlossen, der einen positiven Ausgangsstrom liefert, während der andere seinen Ausgangsstrom einem Gleichrichter 27 zuführt, der einen negativen Ausgangsstrom gibt. Die beiden Gleichrichterausgangsströme werden zusammengefaßt und einem aus einem i?C-Glied bestehenden Integrationskreis 28 zugeführt, der eine Zeitkonstante von z. B. io> Sekunden aufweist. Der Ausgang des Integrators 28 wird zur Änderung der Frequenz des Multivibrators 25 benutzt, so daß diese sich etwas verändert und dabei die Phasenbeziehung der beiden Multivibratoren 25 und 18 geändert wird. Die Anordnung ist so getroffen, dalß' diese Änderung eine solche Richtung hat, daß' die Gleichrichterausgangsströme von 26 und 27 der Gleichheit ihrer Durchschnittswerte entgegengeführt werden, d. h. daß ein empfangenes Echo zu gleichen Teilen in die aufeinanderfolgenden Arbeitsperioden der beiden sperrbaren Empfänger 23 und 24 fällt. Die Anzeige oder Registrierung einer Tiefe oder einer Entfernung erfolgt mittels einer Schaltung 29, die auf die obengenannte Phasenbeziehung anspricht und der die Ausgangsströme der beiden Multivibratoren 18 und 25 derart zugeführt werden, da© die Tiefe oder die Entfernung bei 29 als Funktion der Phasendifferenz zwischen den beiden Multivibratoren angezeigt wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Kontinuierlich anzeigendes Echolotgerät mit periodischer Impulssendung und abgegrenzten Empfangsunterperioden, die kleiner sind als die Sendeperiade, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende Empfangsunterperioden (E-H und H-M) nicht langer sind als eine Sendeperiode (B-J), da'ß das Längenverhältnis aufeinanderfolgender Empfangsunterperioden und/oder das Verhältnis der Empfängerempfindlichkeiten während dieser aufeinanderfolgenden Empfangsunterperioden derart eingestellt sind, daß beim Fehlen eines Echos die über mehrere Sendeperioden gemittelte Empfängerausgangsenergie der einen Gruppe zusammengehöriger Empfangsunterperioden (E-H) gleich der gemittelten Empfängerausgangsenergie der anderen Gruppe zusammengehöriger Empfangsunterperioden (H-M) ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um bei einer Störung der Gleichheit durch das Auftreten von Echos die Anfangszeiten der Empfangsunterperioden derart unter Registrierung oder Anzeige zu verschieben, daß' diese Gleichheit wiederhergestellt wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dajß die aufeinanderfolgenden Empfangsunterperioden unter sich gleich sind.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekenii- . zeichnet, daß wenigstens die Empfangsunterperiode, in die ein Sendeimpuls fällt, einen kurzen Zeitabschnitt enthält, in dem der Empfänger unempfindlich ist, und daß¹ dieser kurze Zeitabschnitt im wesentlichen mit der Sendeimpulszeit übereinstimmt.
4. Gerät nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerteil des Gerätes derart ausgebildet ist, daß¹ ein Gleichrichterausgangsstrom entsteht, welcher während aufeinanderfolgender Empfangsunterperioden von verschiedener Polarität ist, und daß: die jeweiligen Ausgangsströme verschiedener Polarität integriert und miteinander verglichen werden, wobei jede Ungleichheit zwischen den verglichenen Integrationswerten dazu benutzt wird, die Phasenlage der Anfangspunkte der Empfangsunterperioden in bezug auf die Sendezeitpunkte derart zu verschieben, daß die Gleichheit wiederhergestellt und die Tiefe oder die Entfernung als Funktion der Verschiebung des Beginns der Empfangsunterperioden gegenüber dem Sendezeitpunkt gemessen wird.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daiß die Phasenverschiebung oder die Änderung der Anfangspunkte der Empfangsunterperioden in bezug auf die Sendezeitpunkte elektromechanisch erfolgt.
6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß¹ die Phasenverschiebung oder die Änderung der Anfangspunkte der Empfangsunterperioden in bezug auf die Sendezeitpunkte ausschließlich elektrisch erfolgt.
7. Gerät nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der periodisch sich in seiner Polarität umkehrende Empfängerausgangsstrom über einen Integrationsstromkreis (1, 6), dessen Zeitkonstante groß ist im Vergleich zur Sendeperiode, zwecks Steuerung einer Röhre (7) zugeführt wird, die in einem Zweig einer Brücken-

Schaltung liegt, deren Meßzweig die Feldwicklung (14) eines umkehrbaren Elektromotors enthält, wobei dieser Motor derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er mechanisch die Phase des Anfangs der Empfangsunterperioden in bezug auf die Sendezeitpunkte steuert.
8. Gerät nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkte Empfängerausgangsstrom zwei parallelen Kanälen zugeführt wird, die je eine sperrbare Vorrichtung (1213, 24) und einen Gleichrichter (26, 27) enthalten, von denen der eine Gleichrichter einen positiven und der andere einen negativen Ausgangsstrom ergibt, und daß die Ausgangsgleichströme der beiden Kanäle zusammengefaßt und zur Steuerung der Phase einer Schwingungsquelle (25) benutzt werden, die ihrerseits dazu dient, die eine sperrbare Vorrichtung (24 bzw. 23) während der einen Unterperiode und die andere sperrbare Vorrichtung (23 bzw. 124) während der anderen Unterperiode zu öffnen, und daß der Ausgangsstrom dieser Quelle einer phasenempfindlichen Anzeige- oder Registriervorrichtung (29) zwecks Vergleichung der Phase mit dem Ausgang einer anderen Schwingungsquelle (118) konstanter Phase und im wesentlichen gleicher Frequenz zugeführt wird.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 701 991, 743 887.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen,

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