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Vorrichtung zum gerichteten Empfang von Wellenbewegungen
Beim gerichteten
Empfang von Wellenbewegungen, insbesondere zum Aufsuchen und zur Richtungsbestimmung
von Geräuschquellen im Wasser, treten neben den zu empfangenden Wellen stets mehr
oder weniger starke Störungen auf. Diese Störungen wirken besonders dadurch erschwerend,
daß sie meist starken zeitlichen Intensitätsschwankungen unterworfen sind und das
Ohr gerade auf Schwankungen der Intensität am stärksten anspricht. Wenn daher das
Nutzmaximum die Störungen intensitätsmäßig nicht um ein Vielfaches überragt, ist
es für den Beobachter schwer, es von den Störungen zu unterscheiden.
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Gemäß der Erfindung lassen sich diese Mängel dadurch beseitigen,
daß Mittel zur Beruhigung der zeitlichen Schwankungen der Empfangsamplitude vorgesehen
sind, die durch Bemessung der Zeitkonstante der Beruhigung oder durch Anordnung
von den einzelnen Richtungen zugeordneten Speichergliedern so ausgebildet sind,
daß die durch den Peilvorgang verursachten Änderungen der Empfangsamplitude nicht
oder nur wenig beeinflußt werden. Dadurch wird erreicht, daß die Nutzamplituden,
sofern sie nur den allgemeinen Störgrund überragen, nicht mehr in den Störspitzen
untergehen, sondern sich klar aus den Störamplituden
herausheben.
Bei objektiver, z. B. optischer Anzeige läßt sich die Empfindlichkeit der Empfangseinrichtung
wesentlich steigern bzw. die Gefahr der Anzeige von etwa auftretenden Störspitzen
selbst großer Amplitude beseitigen.
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Die Beruhigung kann durch Mittelwertsbildung der Empfangsamplituden
über einen bestimmten Zeitbereich sowie durch Empfindlichkeitsregelung nach Art
der aus der drahtlosen Telegraphie bekannten Schwunderegelung erfolgen. Sowohl bei
der Empfindlichkeitsregelung als auch hei der Mittelwertsbildung muß dafür Sorge
getragen werden, daß das Nutzmaxdimum nicht mit weggeregelt wird.
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Dies läßt sich bei der Empfindlichkeitsregelung z. B. dadurch erreichen,
daß diese den Tntensitätsschwankungen der empfangenen Wellen so langsam folgt und
daß die Peilrichtung so schnell verstellt wird, daß die Regelung sich auf das Nutzmaximum
nicht oder nur unwesentlich auswirken kann. Es läßt sich aber auch eine schnell
wirkende Empfindlichkeitsregelung verwenden, wenn man diese mit einer Mittelwertsbildung
in der Weise kombiniert, daß das durch die Empfindlichkeitsregelung weggeregelte
Nutzmaximum durch die Mittelwertsbildung wieder erzeugt wird. Hierbei besteht noch
die vorteilhafte Nlöglichkeit, das empfangene Geräusch trotz Mittelwertsbildung
in seiner natürlichen Form abzuhören. Bei der Mittelwertsbildung und Verstellung
des Richtvektors können Mittel vorgesehen sein. die die Verstellgeschwindigkeit
für den Richtvektor relativ zum Grad der Beruhigung derart beschränken, daß das
Nutzschallmaximum durch die Beruhigungsmittel nicht weggeregelt wird.
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Zweckmäßig wird der Mittelwert jeweils nur für eine bestimmte Peilrichtung
gebildet, indem z.B. das Verstellwerk bzw. der Richtvektor ständig mit großer Geschwindigkeit
umläuft und jeder Drehstellung ein Anzeigeglied oder Anzeigesteuerglied zugeordnet
ist, das im Rhythmus der Richtvektorumläufe durch die Empfangsamplituden der zugehörigen
Richtung so erregt wird, daß es sich durch Speicherwirkung auf eine mittlere Amplitude
über mehrere aufeinanderfolgende Richtvektorumläufe einstellt.
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Ist die Empfangseinrichtung mit einer Gruppe von Empfängern versehen,
so können die Beruhigungsmittel an einer solchen Stelle, z. B. in den einzelnen
Empfängerstromkreisen, zur Wirkung gebracht werden. wo die Verstellschwankungen
noch nicht auftreten.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehene zeitliche Beruhigung des Störspiegels
erleichtert nicht nur die Richtungshestimmung nach der akustischen Methode durch
Abhorchen, sondern gibt auch die vorteilhafte Möglichkeit, vom Hörempfang zu einer
ojbektiven Richtungsazneige der Geräuschquellen durch Scbauzeicben und Registrierung
überzugehen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausfürhungsbeispielen
dargestellt. und zwar zeigen Abb. 1 a und 1 1> Schaukurven zur Veranschaulichung
der Wirkungsrveise der Erfindung, Abb.2 eine Peilanlage mit Mittelwertsbildung und
optischer Anzeige, Alul. 3 eine Peilatilage mit -. ittelwertshildung und Einzel
anzeige für die verschiedenen Peilrichtungen, Abb. 4 eine Peilanlage mit Empfindlichkeitsregelung
und Mittelwertsbildung, mit akustischer Anzeige.
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Abb. 5 eine Peilanlage mit Empfängergruppe und Empfilidlichkeitsregelung
in den einzelnen Empfängerkreisen.
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In Abb. 1 ist für den Fall der Peilung von Achiffsgeräuschen im Wasser
die Schallstärke in Abhängigkeit von der Richtung zum Beobachtungsort als lQurvenzug
I aufgetragen, wie sie sich beispielsweise beim Durchdrehen eines gerichteten Empfängers
über den gesamten Umkreis als Empfangsintensität ergibt. Dabei möge die Spitze 2
den von einem fremden Schiff kommenden Nutzschall darstellen, dessen Einfallsrichtung
zum Zweck der Ortsbestimmung des fremden Schiffes ermittelt werden soll. während
die übrigen Isurventeile den durch das Wasser oder das eigene Schiff erzeugten Störschall
darstellen. Dieser Störschall ist gewöhnlich starken zeitlichen Schwankungen unterworfen.
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Ohwohl sein Mittelwert weit unter dem des Nutzschalles 2 liegen mag,
kann es infolge der zeitlichen Schwankungen doch leicht vorkommen, daß die Störspitzen
gleich groß werden oder den Nntzschall sogar überragen, so daß er in den Störspitzen
untergeht und beim Durchdrehen der Empfangseinrichtung nur schwer als Nutzschall
aus den Störspitzen herauszuhören ist.
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Diese Beeinträchtigungen durch den Störschall bzw. die zeitlichen
Intensiätsschwankungen werden bei den dargestellten Peilanlagen dadurch vermieden,
daß die zeitlichen Schwankungen durch N.tittelwertsbildnig hzw. Empfindlichkeitsregelung
unterdrückt werden; etwa derart, daß eine Peilkurve 3 mit Nutzschall 4 nach Abb.
I b entsteht.
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Abb. 2 bis 5 zeigen Schaltungen von Peilanlagen, bei denen die Bleruhigung
der zeitlichen Intensitätsschwankungen auf verschiedene Weise erzielt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 wird zur Beruhigung der Gleichspannungsmittelwert
der in einem Verstärkerrohr 5 verstärkten und in einem Gleichrichter 6 gleichgerichteten
Empfangsspannung über eine bestimmte Zeitspanne gebildet und in einem Röhrenvoltmeter
7 angezeigt.
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Der Empfangsverstärker ist eingangsseitig mit einer Gruppe von fünf
Empfängern 8 verbunden, die fest, z. B. in die Bordwand eines Schiffes, eingebaut
sind und deren Richtvektor in an sich bekannter Weise durch Einschalten von verschieden
langen Verzögerungsleitungen zwischen die einzelnen Empfänger und den gemeinsamen
Empfangskries 9 in einem Kompensator 10 mit Handrad und Richtungsanzeiger TT über
den Umkreis gedreht werden kann.
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Die Länge der Zeitspanne über die der Mittelwert gebildet wird, ist
durch einen Zeitkreis, bestehend aus Ladewiderstand 12. Kondensator I3 und Ableitwiderstand
14, bestimmt. Es ist klar, daß das Verstellen des Richtvektors am Kompen-
sator
10 hierbei so langsam erfolgen muß, daß eine wirksame Mittelwertsbildung des Nutzmaximums
zustande kommt. Die Zeitkonstante der Mittelwertsbildung kann in Abhängigkeit von
der Verstellgeschwindigkeit selbsttätig beeinflußt werden oder aber die Verstel
lgeschwindigkeit fest vorgegeben sein.
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Eine Mittelwertsbildung über einen großen Zeitbereich und eine trotzdem
hohe Verstellgeschwindigkeit lassen sich dadurch erzielen, daß, wie in Abb. 3 dargestellt,
eine größere Anzahl von den verschiedenen Peilrichtungen zugeordneten Kondensatoren
15 oder sonstigen Spei chergl iedern vorgesehen ist, die durch einen mit dem Verstellmechanismus
gekuppelten Kontaktgeher 16 und einen Kollektor I7 einzeln nacheinander an den Gleichrichter
6 geschaltet werden. Dabei wird der Richtvektor durch mechanischen Antrieb ständig
mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit gedreht, und die einzelnen Kondensatoren
erhalten bei jedem Umlauf je einen Ladestromstoß entsprechend der jeweils vorhandenen
Empfangsamplitude. Die Ableitwiderstände I8 sind dahei so eingestellt, daß die Spannungen
an den Kondensatoren 15 über mehrere Richtvektorumläufe gemittelt werden, Die Spannungen
an den Kondensatoren 15 werden durch ein Röhrenvoltmeter 19 gemessen, das nacheinander
durch einen Handsdalter 20 an die einzelnen Kondensatoren gelegt werden kann. Es
kann aber auch jedem Kondensator 15 ein besonderes Röhrenvoltmeter oder sonstiges
Spannungsmeßglied zugeordnet, oder die Spannungen können durch ein Braunsches Rohr
mit gleichzeitiger Peilrichtungsablenkung in rascher Folge abgetastet werden, so
daß eine Daueranzeige der mittleren Empfangsamplitude aller Richtungen gegeben ist,
Bei der Anzeige des Gleichspannungsmittelwerts nach Abb. 2 und 3 geht der Klangcharakter
des empfangenen Gerausches verloren. Bei starken Störungen hildet aber der Klang-
und sonstige Schallcharakter oft ein wichtiges Erkennungsmerkmal. Abb. 4 zeigt eine
Schal hing, bei der trotz Mittelwertsbildung das empfangene Geräusch selbst abgehört
werden kann. Zu diesem Zweck wird der in einem Verstärker 21 mit anschließendem
Gleichrichter 22 gebildete Gleichspamlungsmittelwert nicht unmittell,ar angezeigt,
sondern zur dynamischen Lautstärkeregelung des in einem zweiten parallel geschalteten
Verstärker 23 durch Empfindlichkeitsregelung eingeebneten Geräusches benutzt, indem
der Gleichspannungsmittelwert einem hinter der Empfindlichkeitsregelung liegenden
Verstärkerrohr 24 als positive Gittervorspannung zugeführt wird. Es kann dann der
Mittelwert der Amplitude des natürlichen Geräusches in einem Telefon 25 abgehört
werden. Auf die Empfindlichkeitsregelung des Verstärkers 23 kann hierbei auch gegehenenfalls
verzichtet werden.
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Wie in Abb. 4 links dargestellt, kann die Empfangsrichtung statt
durch einstellbare elektrische Verzögerungsglieder auch durch mechanische Drehung
in die verschiedenen Peilrichtungen eingestellt werden. Dabei kann ein einzeller
Schwinger 26 mit zur Erzielung der Richtwirkung in der Horizontalen vorzugsweise
streifenförmiger Empfangsfläche 27 vorgesehen sein, der um eine senkrechte, mit
einem Richtungsanzeiger 29 verbundene Achse 28 drehbar ist.
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Bei Gruppenhorchanlagen kann eine von der Verstel lgeschwindigkeit
unabhängige Empfindlichkeitsregelung dadurch erzielt werden, daß man, wie in Abb.
5 dargestellt, die Empfindlichkeitsregelung vor die Verstelleinrichtung in die Zweige
der einzelnen Empfänger mit einschaltet. Dabei sind in die einzelnen Empfängerstromkreise
Vorröhren 30 eingeschaltet. Die Spannung zur Regelung der Vorröhren kann, wie im
Beispiel vorgesehen, von einem einzigen Empfänger durch einen z. B. zweistufigen
Verstärker 3I, 32 mit anschließendem Gleichrichter 33 abgeleitet und über eine gemeinsame
Leitung 34 sämtlichen Vorröhren 30 als negative Vorspannung zur Empfindlichkeitsregelung
zugeführt werden.
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Die Peilverstellung kann hierbei entweder mechanisch durch Drehen
der Empfängergruppe 8, 8... oder, wie in der Zeichnung dargestellt, durch künstliche
Drehungen mit Hilfe eines Kompensators Io erfolgen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich.
Insbesondere können die Peilanlagen vorteilhaft auch mit Einrichtungen zum Registrieren
der Empfangsamplitude versehen sein. Eine Beruhigung der Empfangsamplitude durch
Mittelwertsbildung, die von der Peilverstellung nicht beeinflußt wird, kann auch
dadurch erzielt werden, daß eine größere Anzahl von feststehenden, gerichtettn Empfängern
für die verschiedenen Peilrichtungen vorgesehen sind. Dabei kann jeder einzelne
Empfänger mit einer getrennten Anzeigevorrichtung versehen sein, oder es kann eine
gemeinsame Anzeigevorrichtung nacheinander an die einzelnen Empfangs stromkreise
gelegt werden. Ferner kann auch in den einzelnen Empfängerkreisen einer Gruppenhorchanlage
eine Beruhigung nach Art der Mittelwertsbildung vorgesehen sein, wobei die Beruhigung
so auszubilden ist, daß die abzuhorchenden Geräuschfrequenzen dadurch nicht geglättet
werden.
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Gegebenenfalls kann auch hinter dem Verstellwerk eine Beruhigung
durch Empfindlichkeitsregelung vorgenommen werden.
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Damit hierbei das aufzusuchende Nutzgeräusch durch die Empfindlichkeitsregelung
nicht ebenfalls eingeebnet wird, muß die Empfindlichkeitsregelung so träge sein,
daß das Nutzschallmaximum beim Durchdrehen des Empfangsvektors durch die Regelung
nicht mit erfaßt wird. Hierbei lassen sich natürlich alle Intensitätsschwankungen,
die etwa gleich schnell wie das Nutzmaximum zu- und al,-nehmen, durch die Empfindlichkeitsregelung
nicht beeinflussen, sondern nur langsamer erfolgende Schwankungen.
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Wenn das Einstellen des Richtvektors am Kompensator willkürlich von
Hand erfolgt, so kann die Empfindl ichkeitsregelung gegebenenfalls selbsttätig
mit
der Verstellgeschwiindigkeit beschleunigt und verzögert werdne. Es kann aber auch
ein mechanischer Antrieb für den Kompensator vorgesehen sein, um eine gleichbleibende
Verstellgeschwindigkeit zu gewährleisten.
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Die Empfindlichkeitsregelung kann, wie aus der Rundfunktedlnik bekannt,
mit einer Einrichtung zur knachkbeseitigung verbunden sein.