DE937220C

DE937220C - Verfahren zur Richtungsbestimmung von in einem Medium sich fortpflanzenden Schwingungen

Info

Publication number: DE937220C
Application number: DEA2036D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Kallmeyer; Hans Dr Kietz; Martin Dipl-Ing Schumacher
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1938-11-10
Filing date: 1938-11-10
Publication date: 1955-12-29

Description

Verfahren zur Richtungsbestimmung von in einem Medium sich fortpflanzenden Schwingungen Um die Richtung von in einem Medium sich fortpflanzenden Wellenbewegungen, z. B. von fremden Schiffsgeräuschen im Wasser, zu ermitteln, ist es bekannt, Empfangsgebilde zu verwenden, die vornehmlich aus einer mehr oder weniger scharf abgegrenzten Richtung empfangen und durch Drehen ihres Richtvektors auf die verschiedenen Richtungen eingestellt werden können, wobei das Maximum oder Minimum der Wirkung beobachtet wird. Das Drehen des Richtvektors erfolgt entweder durch Drehen des Empfangsgebildes selbst oder mit Hilfe elektrischer Kunstschaltungen, wobei dann das Empfangsgebilde durch eine Gruppe ungerichteter Schwinger gebildet wird, die über schaltbare elektrische Verzögerungsleitungen miteinander verbunden sind und gemeinsam auf die Anzeigevorrichtung einwirken.
Die Wirkungsweise derartiger gerichteter Empfangsanordnungen beruht auf der Richtcharakteristik, d.h. dem beimVorhandensein einer Schallquelle in bestimmter Richtung erhaltenen Verlauf der am Ausgang der Empfangs anordnung zur Verfügung stehenden Empfangsamplitude in Abhängigkeit von dem eingestellten Winkel. Der Verlauf der Richtcharakteristik ist abhängig von der räumlichen Gestalt des Empfangsgebildes (Basis und Besetzung) und von dem benutzten Frequenzbereich. Je nach Wahl des Empfangsgebildes und des Frequenzbereiches weisen die Richtcharakteristiken außer dem Hauptmaximum mehr oder weniger starke Nebenmaxima auf, die sogar bis zur Größe des Hauptmaximums ansteigen können.
Dadurch wird das Peilen vielfach sehr erschwert.
Insbesondere wird die Eindeutigkeit durch die Nebenmaxima stark beeinträchtigt und geht sogar bei Nebenmaxima von der Größe des Hauptmaximums ganz verloren.
Ferner wird beim Vorhandensein mehrerer verschieden starker und aus verschiedenen Richtungen ankommender Schwingungen leicht das Hauptmaximum der schwächeren durch die Nebenmaxima der stärkeren Schwingungen überdeckt bzw. seine Unterscheidung unmöglich gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Mängel bei Peileinrichtungen zu vermeiden. Sie geht von folgender Tatsache aus: Wenn sich beim Anpeilen einer bestimmten Schallquelle verschiedene Richtcharakteristiken ergeben, sei es, weil verschiedene Empfangsanordnungen benutzt werden oder weil verschiedene Frequenzen empfangen werden, so erreichen nur für den der Schalleinfallsrichtung entsprechenden Winkelwert alle Charakteristiken gleichzeitig ein Maximum, nämlich ilhr Hauptmaximum. Die Nebenmaxima der verschiedenen Charakteristiken faJilllllllllllllllIllln fallen dagegen im allgemeinen nicht zusammen, sondern sind mlir oder weniger stark gegeneinander verschoben bzw. in ihrer Größe verhältnismäßig stark voneinander abweichend.
Diese Tatsache wird erfindungsgemäß in der Weise zur Unterdrückung der Nebenmaxima ausgenutzt, daß durch Benutzung verschiedener Frequenzen oder verschiedenartiger Empfangsgebilde (Basis, Besetzung) oder durch beides mehrere Empfangsamplituden erzeugt werden, die den verschiedenen Frequenzen bzw. Empfangsgebilden zugeordnet sind und verschiedenen Richtcharakteristiken folgen, deren Nebenmaxima im Gegensatz zu den Hauptmaxima wesentlich gegeneinander verschoben sind bzw. in ihrer Größe verhältnismäßig stark voneinander abweichen, und daß diese Empfangsamplituden auf eine gemeinsame Anzeigevorrichtung einwirken, die so ausgebildet ist, daß der Beitrag jeder Einzelamplitude zur Anzeigegröße außer von ihrer eigenen Größe auch von der der anderen Amplituden abhängt. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß sich die Empfangsamplituden im bereich der Nebenmaxima gegenseitig unterdrücken. Wenn nur von jeweils einer der Empfangsamplituden ein gewisser Wert nicht überschritten wird, können auch die dort etwa vorhandenen größeren Werte der anderen Empfangsamplituden nicht mehr oder nur entsprechend schwach zur Wirkung kommen. Man kann so die Nebenmaxima weitgehend unterdrücken und eine scharfe und trotzdem eindeutige Peilung auch bei Benutzung verhältnismäßig hoher Frequenzen erzielen.
Nähere Einzelheiten der Erfindung sowie verschiedene Ausführungsformen sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Abb. I zeigt ein Ausführnngsbeispiel in schematischer Darstellung, Abb. 2 die Richtcharakteristiken, Abb. 3 die Amplituden in Abhängigkeit vom Drehwinkel, Abb. 4 eine weitere Ausführungsform mit zusätzlichen Zweigleitungen, Abb. 5 und 6 Ausführungsbeispiele, bei denen die einzelnen Empfangsamplituden nicht durch multipl.ikative Mischung zusammenwirken, sondern eine Empfangsamplitude zur Steuerung des Verstärkungsgrades einer anderen Empfangsamplitude verwendet wird, Abb. 7 und 8 zwei Ausführungsformen einer Empfangsschaltung, bei der von den verschiedenen Empfangsamplituden jeweils nur die kleinste für die Anzeige maßgebend ist, Abb. 9 die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. 7, Abb. I0 die Unterdrückung der Nebenmaxima, Abb. ii eine bisher übliche Art zur Verbesserung der Richtcharakteristik einer 4er-Gruppe nach Abb. II, a, Abb. 12 eine Schwingeranordnung aus drei Gruppen für das in Abb. II dargestellte Beispiel, Abb. I3 die entsprechende Gruppenbildung für auf einer geraden Linie angeordnete Schwinger nach der Erfindung, Abb. I4 die dadurch erreichte Verminderung an Empfängern, Abb. I5 die Richtcharakteristiken der 27er-Gruppe und der 3er-Gruppe, Abb. I6 die resultierende Richtcharakteristik bei einem multiplikativen Zusammenwirken, z. B. nach Abb. I.
In der Abb. I ist I ein Empfangsgebilde, das um eine senkrechte Achse 2 drehbar ist und z. B. beim Unterwasserschall auf Schiffen aus dem Schiffsboden ins freie Außenwasser ausfahrbar angeordnet ist. Das Empfangsgebilde besteht aus einem aperiodischen Schwinger mit einer- kontinuierlichen Empfangsfläche, die in der für die Peilung hauptsächlich in Frage kommenden horizontalen Ebene eine Ausdehnung L hat.
In dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 1 handelt es sich um die Richtungsbestimmung eines fahrenden fremden Schiffes. In dem Schiffsgeräusch A, dessen Einfallsrichtung durch einen Pfeil angegeben ist, sind alle Frequenzen bis 20 ooo Hz mit nahezu gleicher Intensität vorhanden. Gegebenenfalls kann der mit dem Empfangsgebilde I verbundene Verstärker 3 so ausgebildet sein, daß er eine Verzerrung des aufgenommenen Geräusches vornimmt, derart, daß die für die Peilung ausgenutzten Frequenzen hinter dem Verstärker 3 in etwa gleicher Lautstärke auftreten, wenn das Empfangsgebilde I genau auf die Einfallsrichtung der Geräuschwellen A eingestellt ist. Für diese Stellung ist der Winkel a zwischen der Normalen der Empfangsfläche und der Einfallsrichtung der Schallwellen gleich Null.
Hinter dem Verstärker 3 werden die Schwingungen beispielsweise zwei getrennten Zweigen a und b geführt. In den Zweigleitungen a und b sind eingangsseitig Filter 4 und 5 eingeschaltet, die im wesentlichen nur die Frequenzen 7000 und I0 000 Hz durchlassen, so daß in der Zweigleitung a nur die Schwingung 7000 Hz und in der Zweigleitung b nur die Schwingung 10 000 Hz vorhanden ist.
Das Empfangsgebilde I mit der Empfangsfläche von der Länge L hat für die beiden Frequenzen 7000 und 10 000 Hz verschiedene Richtcharakteristiken, da die Form der Richtcharakteristik eines Empfangsgebildes, die den Verlauf der Empfangsamplitude in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Empfangsanordnung darstellt, bekanntlich durch das Verhältnis der Ausdehnung L des Empfangsgebildes in der betrachteten Peilebene zur Wellenlänge 2 bestimmt wird.
In Abb. 2 sind die für die beiden Schwingungen at und b1 danach sich ergebenden Richtcharakteristiken dargestellt. Es ist daraus zu ersehen, daß sich für die beiden Empfangsamplituden nicht nur ein verschieden scharfes Hauptmaximum ergibt, sondern daß die Nebenmaxima der drei Richtcharakteristiken stark gegeneinander verschoben sind, derart, daß die eine Charakteristik die Amplitude Null hat oder doch sehr klein ist, wo die andere ein Nebenmaximum aufweist und umgekehrt. Die Hauptmaxima dagegen liegen alle an derselben Stelle.
Dieser Unterschied wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um den Einfluß der Nebenmaxima auf die Anzeige zu unterdrücken.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. I werden die beiden Empfangsamplituden at, bl, gegebenenfalls nach nochmaliger Verstärkung in Verstärkern 6, 7, je einem Gitter 9, 10 einer Hexode 8 zugeführt. In der Hexode8 erfolgt in bekannter Weise eine multiplikative Mischung der beiden Empfangsamplituden. Es entsteht dabei sowohl die Summenfrequenz 7000 + 10 000 = I7000 Hz als auch die Differenzfrequenz 10 000 - 7000 = 3000 Hz. Beide, sowohl die Summen- als auch die Differenzfrequenz, sind in ihrer Amplitude proportional dem Produkt der einzelnen Empfangsamplituden at, bt, die durch die beiden Richtcharakteristiken der Abb. 2 in Abhängigkeit vom Drehwinkel a dargestellt sind.
Das durch Mischung in der Hexode gebildete Frequenzgemisch wird einem Sieb 11 zugeführt, das nur eine der Mischfrequenzen, im vorliegenden Fall die Summenfrequenz I7 000 Hz, durchläßt und in einem beliebigen Meßgerät 12 zur Anzeige bringt. In Abb. 3 ist die Amplitude R = at X bt in Abhängigkeit vom Drehwinkel a dargestellt. Es ist ersichtlich, daß diese resultierende Richtcharakteristik, die für die Peilung nunmehr maßgebend ist, gegenüber den Charakteristiken der einzelnen Empfangsamplituden wesentlich verbessert ist. Insbesondere treten die Nebenmaxima gegenüber dem Hauptmaximum wesentlich stärker zurück; außerdem erfährt das Hauptmaximum eine Verschärfung. Die resultierende Charakteristik zeichnet sich somit sowohl durch verringerte Nebenmaxima als auch durch erhöhte Peilschärfe aus.
Auf dieselbe Weise lassen sich auch mehr als zwei Empfangsamplituden miteinander multiplizieren und dadurch ihre Charakteristiken zu einer resultierenden Charakteristik zusammenzufassen.
In Abb. 4 sind zusätzlich zu den beiden Zweigleitungen a und b noch die weiteren Zweigleitungen c, d und f vorgesehen. In den Zweigleitungen a bis d sind wieder Siebmittel I3 bis I6 z. B. für die Frequenzen 5, 10 und 15 sowie 20 kHz vorgesehen, die zu je zweien in gleicher Weise wie in Abb. I in je einer Hexode I7 und I8 gemischt werden. Sodann werden die Summenfrequenzen 15 und 35 kHz durch Siebe 19 und 20 ausgesiebt und einer dritten Hexode 21 zugeführt. Die in dieser Hexode gebildete Summenfrequenz I5 +' 35 = 50 kHz wird durch ein Sieb 22 ausgesiebt und nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 23 zur Empfindlichkeitsregelung eines in der fünften Zweigleitung f liegenden Verstärkers 2 benutzt, dem z. B. das Geräusch in seinem gesamten, von dem Empfangsgebilde aufgenommenen Frequenzbereich zugeführt werden kann. Beim Hörempfang hat dies den Vorteil, daß man das Geräusch in seinem natürlichen Klangbild abhören kann, trotzdem aber eine scharfe und eindeutige Peilung erzielt.
Es ist auch möglich, die gleichgerichtete, aus den vier Zweigen a, b, c und d resultierende Spannung unmittelbar zu messen oder zur Lautstärkeregelung eines am Empfangsort erzeugten Hilfstons zu benutzen. Wie durch Strichlinien angedeutet, kann die Anzeigevorrichtung 12 auch hinter oder vor das Filter 22 eingeschaltet werden, oder es können die Mischfrequenzen der beiden Doppelzweige a, b und c, d durch einfaches Verbinden der beiden Leitungen superponiert und ihre Summe angezeigt werden. Es ist auch nicht notwendig, wenngleich zweckmäßig, eine gerade Anzahl von Empfangsamplituden zur multiplikativen Mischung zu verwenden, vielmehr läßt sich jede beliebige gerade oder ungerade Anzahl von Empfangsamplituden zur Durchführung dieses Verfahrens gebrauchen.
Wesentlich für das Verfahren ist es jedoch, daß die Charakteristiken der einzelnen Empfangsamplituden einen wesentlich verschiedenen Verlauf haben, so daß für Einstellungen, für die ein Nebenmaximum seinen Höchstwert erreicht, ein Nebenmaximum einer anderen Charakteristik durch Null geht oder eine im Verhältnis kleine Größe aufweist.
Derartige, verschiedenen Richtcharakteristiken folgende Empfangsamplituden lassen sich nicht nur durch Aussieben verschiedener Frequenzen oder Frequenzbereiche aus dem durch ein aperiodisches Empfangsgebilde I aufgenommenen Frequenzgemisch, sondern auch auf andere Weise erzeugen.
Zunächst können die Frequenzen schon durch die Empfangsgebilde selbst aus dem ankommenden Geräusch oder Frequenzgemisch herausgesiebt werden, z. B. durch Verwendung mehrerer Schwinger gleicher Empfangsfläche, aber verschiedener Abstimmung.
Da die Richtcharakteristik in einer bestimmten Peilebene durch das Verhältnis der benutzten Frequenz bzw. Wellenlänge l zur Ausdehnung L der Empfangsfläche (Basis) in der Peilebene und durch die Besetzung der Empfangsfläche bestimmt ist, lassen sich die gewünschten Charakteristiken auch bei gleicher Frequenz durch Verwendung mehrerer Empfangsgebilde entsprechend unterschiedlicher Basis erzielen. Schließlich lassen sich auch durch verschiedene Besetzung der Empfangsflächen der benutzten Schwingungsgebilde gegebenenfalls schon bei gleicher Basis und gleicher Frequenz hinreichend große Unterschiede im Verlauf der Richtcharakteristiken zur Unterdrückung der Nebenmaxima nach dem vorliegenden Verfahren erzielen.
Haben die Empfangsamplituden gleiche Frequenz, so lassen sie sich mit dem gleichen Erfolg wie Empfangsamplituden unterschiedlicher Frequenz in einer Hexode oder einer sonstigen Einrichtung zur muLtiplikativen Mischung, z. B. in einem quadratischen Gleichrichter, zur Zusammenwirkung bringen, wie es für die Ausführungsbeispiele nach Abb. I und 4 oben beschrieben worden ist. Es kann dann wieder die Summenfrequenz, also bei z. B. drei verschiedenen Empfangsamplituden die dreifache Frequenz der Einzelamplituden ausgesiebt werden. Diese Summenfrequenz ist in ihrer Amplitude wieder gleich dem Produkt der Einzelamplituden.
Da es zur Erzeugung der verschiedenen Richtcharakteristiken nicht erforderlich ist, daß in dem einfallenden Schall verschiedene Frequenzen enthalten sind, kann das neue Verfahren auch zum Anpeilen von Signalen benutzt werden.
Ist noch eine zweite Schallquelle in anderer Richtung (Pfeil B in Abb. I) vorhanden, die infolge größerer Entfernung von der Beobachtungsstelle bzw. infolge geringerer Intensität am-Empfangsort mit geringerer Amplitude wirksam ist, so tritt das Hauptmaximum dieser Schallquelle, selbst wenn seine Amplitude - wie in Abb. 2 angedeutet - erheblich kleiner ist als die Amplitude der Nebenmaxima der einzelnen Empfangsamplituden, wesentlich stärker hervor als die Nebenmaxima (Abb. 3) und kann schon bei Verwendung von nur zwei Empfangsamplituden klar von den Nebenmaxima der Schallquelle A unterschieden werden.
Bei mehr als zwei Empfangsamplituden ist diese Unterscheidung noch eindeutiger und leichter möglich.
Bei der in Abb. 5 dargestellten Schaltung ist in die Zweigleitung a ein dreistufiger Verstärker 25, 26, 27 eingeschaltet. Die Empfindlichkeit der dritten Stufe 27 wird von der Zweigleitung c aus gesteuert, indem die Empfangs amplitude c' nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 28 als positive Spannung dem Gitter des Verstärkerrohres 27 zugeführt wird. In gleicher Weise wird die zweite Verstärkerstufe 26 von der Zweigleitung b aus über einen Gleichrichter 29 gesteuert. Ferner kann auch eine entsprechende Steuerung der ersten Verstärkerstufe 25 über einen Gleichrichter 30 von der Zweigleitung a selbst aus vorgesehen sein, um die Empfangsamplitude a' in möglichst für alle Verstärkerg,r.ade gleichem Maße zur Wirkung zu bringen wie die Empfangsamplituden b' und c'.
Bei der Verstärkerschaltung in Abb. 6 wirkt die Zweigleitung c nicht unmittelbar auf eine Verstärkerstufe der Zweigleitung a, an die das Telefon I2' angeschlossen ist, ein, sondern wird über einen Gleichrichter 31 zur Regelung eines Verstärker gleichrichters 32 der Zweigleitung b benutzt, die dann ihrerseits erst über den Gleichrichter 32 auf einen Verstärker 33 zur Zweigleitung a einwirkt.
Bei den Verstärkerschaltungen der Abb. 5 und 6 ist der Grad, in dem die einzelnen Empfangsamplituden a', b' und c' die Größe der am Anzeigegerät zur Wirkung kommenden resultierenden Amplitude beeinflussen, stark abhängig von der jeweiligen Regelkurve des Verstärkergrades. Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn man weitere Empfangsamplituden hinzunimmt.
Sieht man eine hohe negative Gitterspannung vor, so müssen die Empfangsamplituden zunächst einen Schwellwert S überschreiten, ehe die Verstärker überhaupt einen Strom durchlassen. Wie aus Abb. 2 ersichtlich, kann diese Gitterspannung so gewählt werden, daß sie nur für die Drehstellung a = o von den beiden Empfangsamplituden a' und b' gleichzeitig überschritten wird, während im Bereich der Nebenmaxima überall wenigstens eine der beiden Empfangsamplituden unter dem SchwellwertS & liegt. Dadurch wird erreicht, daß die Nebenmaxima überhaupt nicht mehr zur Anzeige gelangen.
Wie aus Abb. 2 ersichtlich, läßt sich der Schwellwert schon bei zwei Empfangsamplituden wesentlich niedriger legen als bei Benutzung nur einer Empfangs amplitude. Bei mehr als zwei Empfangsamplituden kann der Schwellwert noch entsprechend niedriger gelegt werden. Hauptmaxima von gleichzeitig mit geringer Lautstärke wirksamen weiteren Schallwellen werden dagegen angezeigt, sobald sie den vorgegebenen Schwellwert überragen.
Die Schaltungen der Abb. 5 und 6 kommen in ihrer Wirkung der Produktenbildung nach dem Mischverfahren der Abb. I bis 4 um so näher, je mehr sich die Verstärker-Regelkurven in ihrem Verlauf einer Geraden nähern, was sich gewünschtenfalls durch geeignete Mittel weitgehend verwirklichen läßt.
Das Verfahren der Produktenbildung hat den Vorteil, daß es von dem Größenverhältnis der Empfangsamplituden im Hauptmaximum weitgehend unabhängig ist. Es ist daher besonders auch in Verbindung mit Empfangsamplituden verschiedener Frequenz zu gebrauchen, selbst wenn diese Frequenzen in dem anzupeilenden Geräusch in stark unterschiedlicher Größe vorhanden sind oder vorhanden sein können.
Bei der Schaltung nach Abb. 7 werden die einzelnen Empfangsamplituden nach Gleichrichtung über getrennte Widerstände 34, 35, 36 geleitet, die parallel liegende Zweige des Anzeigestromkreises 40 bilden. Die Gleichrichter 37, 38, 39 sind in Reihe mit den Widerständen so geschaltet, daß sie für die zugeführten Empfangsgleichströme undurchlässig sind. Am Anzeigegerät 41, das aus einem Röhrenvoltmeter oder einem statischen Spannungsmesser geringen Stromverbrauches bestehen kann, stellt sich infolge des regelmäßig vorhandenen geringen Leitvermögens der Gleichrichter 37, 38, 39 entgegen der Durchlaßrichtung jeweils die geringste der drei Empfangsgleichspannungen ein. Das Leitvermögen entgegen der Durchlaßrichtung der Gleichrichter kann gegebenenfalls durch geeignete Parallelwiderstände 42 bestimmt werden. Auch kann dem Anzeigegerät 41 noch eine Hilfsspannung 43 über einen hohen Widerstand parallel geschaltet sein, die als Gegenspannung zu den Empfangsgleichspannungen wirkt, wie in Abb. 7 durch Strichlinien angedeutet. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Anzeigegeräte mit verhältnismäßig hohem Stromverbrauch ohne Nachteil zu verwenden.
Es kann vorteilhaft sein, außer der resultierenden Amplitude, auch die Empfangsamplituden einzeln anzuzeigen. Dies kann durch ein einziges Anzeigegerät, z. B. ein Braunsches Rohr 44, erfolgen, das durch einen z. B. zehnmal in der Sekunde umlaufenden Kontakt 45 nacheinander mit den einzelnen Empfangszweigena, b, c und dem Stromkreis 40 verbunden wird und mit einer Abszissenablenkung entsprechend der Umlaufsgeschwindigkeit und dem Rhythmus des Kontaktes 45 arbeitet.
Man kann dann selbst bei einer größeren Anzahl von Empfangsamplituden durch Vergleich der resultierenden Amplitude mit der Gesamtheit der Empfangsamplituden leicht und sicher feststellen, ob es sich bei der resultierenden Anzeige um ein Haupt- oder Nebenmaximum handelt.
Ferner ist bei dieser Anzeige die Möglichkeit gegeben, bei Vorhandensein eines Hauptmaximums die Verstärkung der einzelnen Empfangsamplituden so fest einzuregeln, daß im Hauptmaximum Amplitudengleichheit vorhanden ist. Dadurch kann das weitere Peilen wesentlich erleichtert werden.
Die gleichzeitige Anzeige der Einzelamplituden und der resultierenden Amplitude kann auch bei den anderen Ausführungsbeispielen entsprechend durchgeführt werden.
Abb. 9 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schaltung für nur zwei Zweigleitungen. a', b' sind die Charakteristiken der in den Zweigen a, b wirksamen Empfangsamplituden. - Diese erzeugen entsprechende Spannungsabfälle an den Widerständen 34, 35. Die zwei normalerweise verschieden großen Spannung gleichen sich über die Gleichrichter 37, 38 aus, so daß hinter den Gleichrichtern jeweils die kleinste der zwei Empfangsspannungen herrscht.
In Abb. g ist diese am Anzeigeinstrument wirkende Amplitude durch die untere Begrenzungslinie der zwei Charakteristiken dargestellt, die durch Schraffur der von ihr begrenzten Fläche hervorgehoben ist.
Das Verfahren, von mehreren Empfangsamplituden jeweils nur die kleinste zur Anzeige zu bringen, ist besonders da vorteilhaft, wo sehr starke Amplitudenunterschiede zwischen den Nebenmaxima der einzelnen Charakteristiken auftreten. Da stets nur die kleinste Amplitude zur Wirkung kommt, können die anderen Empfangsamplituden noch so hohe Werte annehmen, ohne daß dadurch eine Vergrößerung der zur Anzeige gebrachten Amplitude hervorgerufen wird.
So läßt sich dieses Verfahren vorteilhaft anwenden, um bei Gruppenanordnungen der Empfangsgebilde die in der Größe des Hauptmaximums auftretenden Nebenmaxima wirksam zu unterdrücken, wie in Abb. 10 veranschaulicht. Hierin ist b" die Charakteristik einer Gruppe von sechs geradlinig in gleichem Abstand angeordneten Empfängern. In der Charakteristik einer solchen Gruppe tritt bei geradzahligem Verhältnis der Wellenlänge der benutzten Frequenz zum Abstand der Empfänger jedes fünfte Nebenmaximum in der gleichen Stärke auf wie das Hauptmaximum. Um diese Nebenmaxima, die eine eindeutige Peilung unmöglich machen würden, zu beseitigen, läßt man die Charakteristik b" mit einer zweiten Charakteristik a" zusammenwirken, die an den Stellen des fünften, zehnten, fünfzehnten usw. Nebenmaximums der Charakteristik b" nur geringe Amplituden aufweist.
Diese Charakteristik a" kann z. B. durch Benutzung von nur zwei, aber in geringerem Abstand voneinander angeordneten Empfängern erzeugt werden.
Es läßt sich hierbei durch feste Einstellung der Verstärkung der beiden Empfangsamplituden besonders leicht und sicher erreichen, daß die Empfangsamplituden, wie es zur Durchführung dieses Verfahrens zweckmäßig ist, im Hauptmaximum ungefähr gleiche Größe halben.
In dem Beispiel nach der Abb. 8 wird eine Ausführungsform mit einer Gruppe von acht Empfängern 46 bis 53 und einer zweiten Gruppe von zwei Empfängern 54 und 55 in geringerem Abstand angewendet. Die Empfänger 46 bis 53 sind über einen elektrischen Kompensator 56, der in bekannter Weise zur künstlichen Drehung des Richtvektors der Gruppe dient, und über ein Filter 59 mit der Zweigleitung a verbunden. Die Zweigleitung b steht über ein Filter 60 und einen Kompensator 57 mit den Empfängern 54 und 55 der zweiten Gruppe in Verbindung. Diese beiden Kompensatoren 56 und 57 sind, wie durch die strichpunktierte Linie 58 angedeutet, fest miteinander gekuppelt, so daß die Richtvektoren der Gruppe 46 bis 53 und der Gruppe 54 und 55 stets zusammenfallen. Die beiden Filter 59 und 60 dienen zum Aussieben zweier nahe benachbarter Frequenzen, z. B. von 10 000 Hz und 11 000 Hz. Die Verstärker 6r und 62 für die beiden Empfangsamplituden sind so eingestellt, daß sie im umgekehrten Verhältnis der den beiden Empfangsamplituden zugehörigen Empfangsflächen (2 :8) verstärken, so daß, gleiche Lautstärke der beiden Frequenzen im ankommende Geräusch vorausgesetzt, die beiden Empfangsamplituden hinter den Verstärkern für das Hauptmaximum gleich groß sind.
Die auf diese Weise gebildeten Empfangsamplituden werden, zum Unterschied von Abb. 7, gemeinsam auf einen Gleichrichter 63 mit linearer Gleichrichterkennlinie gebracht. Dadurch wird in bekannter Weise eine additive Mischung der Empfangsamplituden bewirkt, und es ist die Amplitude der Differenzfrequenz II 000-10 000 = IOOOHZ stets proportional der jeweils kleinsten von den beiden gemischten Empfangsamplituden. Di'e Differenzfrequenz I000 Hz wird durch ein Sieb 64 ausgesondert, und man erhält somit eine resultierende Charakteristik, deren Amplitude, wie beim Ausführungsbeispiel der Abb. 7, der jeweils kleinsten Empfangsamplitude- entspricht. Bedingung hierfür ist allerdings, daß die beiden je miteinander gemischten Empfangsamplituden in ihrer Frequenz wenig voneinander abweichen. Reicht diese Frequenzabweichung allein nicht aus, um genügend unterschiedliche Ri chtcharakteristiken zu erzeugen, so kann man, wie in Abb. 8 gezeigt, außerdem noch verschiedene Empfangsgebilde benutzen.
Wie oben angeführt, kann man durch Verwen dung mehrerer Empfangsgebilde verschiedener Basis eine gegenüber den Einzelcharakteristiken wesentlich verbesserte resultierende Charakteristik erzielen. Gegebenenfalls läßt sich auch umgekehrt die gleiche Charakteristik mit einem vereinfachten Empfangsgebilde erzielen.
Abb. II, a bis c, zeigt, wie man bisher vorgegangen ist, um z. B. die Richtcharakteristik einer 4er-Gruppe (Abb. II, a) zu verbessern: Man ersetzte jeden der vier Empfänger durch eine kleinere Gruppe von Empfängern, z. B. von vier Empfängern, vorzugsweise derart, daß alle Empfänger wieder denselben Abstand voneinander haben (Abb. II, b); waren die dann auftretenden Nebenmaxima für die benutzte Frequenz noch zu hoch, so wurden die nunmehr 4 X 4 = 16 Empfänger wiederum durch je eine Gruppe von Empfängern ersetzt, z. B. wie in- der Abb. II, c, rechts, ersichtlich. Auf diese Weise ergab sich dann eine Empfangsanordnung, bestehend aus einer Gruppe von insgesamt z. B. vierundsechzig Empfängern.
Erfindungsgemäß kann man im wesentlichen dieselbe Verbesserung der Richtcharakteristik dadurch erzielen, daß man die Empfänger der größeren Gruppe nicht einzeln durch kleinere Gruppen ersetzt, sondern jeweils nur eine entsprechend kleinere Gruppe hinzugefügt und die Richtcharakteristik der so entstehenden verschieden großen Gruppen in der oben beschriebenen Weise zusammenwirken läßt. Auf diese Weise genügt eine erhebliche geringere Schwingeranzahl, und es läßt sich trotzdem dieselbe Peilgenauigkeit und Eindeutigkeit erzielen. Für das in Abb. I I dargestellte Beispiel ergibt sich erfindungsgemäß eine Schwingeranordnung, bestehend aus drei G-ruppen von je vier Empfängern, wie in Abb. 12 veranschaulicht.
D.iese Empfangs anordnung zeichnet sich nicht nur durch eine geringe Anzahl von Empfängern, sondern auch durch geringere Gesamtabmessung aus.
Abb. I3 veranschaulicht die entsprechende Gruppenbildung für auf einer geraden Linie angeordnete Schwinger. Es ist daraus ersichtlich, daß man für die neue Vorrichtung mit vier verschiedenen Dreiergruppen, also insgesamt zwölf Empfängern auskommt (Abb. 14), wo man früher eine Gruppe von einundachtzig Empfängern benötigte. Will man hier z. B. einen Kompensator zur künstlichen Drehung des Richtvektors benutzen, so braucht man an Stelle eines Kompensators mit einundachtzig Bürsten nunmehr eine Gruppe von vier Kompensatoren mit insgesamt nicht mehr Gliedern und mit nur je drei Schleifbürsten. Die SIer-Gruppe läßt sich auch durch eine 27er-Gruppe in Verbindung mit einer 3er-Gruppe ersetzen. Abb. 15 zeigt dieRichtcharakteristiken der 27er-Gruppe und der 3er-Gruppe und Abb. I6 die resultierende Richtcharakteristik bei einem multiplikativen Zusammenwirken z. B. nach Abb. 1. Die resultierende Richtcharakteristik hat denselben Verlauf wie die Charakteristik der 8Ier-Gruppe. Die Richtcharakteristik der 8Ier-Gruppe läßt sich aber, wie weiter oben ausgeführt, auch allein mit einer 27er-Gruppe verwirklichen, indem die gewünschten, zur Zusammenwirkung zu bringenden Richtcharakteristiken mit Hilfe getrennter Frequenzen erzeugt werden. Wilil man bei Vorhandensein eines hohen gleichmäßigen, z. B. von vorbeiströmendem Wasser verursachten Störspiegels diesen durch Verwendung einer hohen Empfängerzahl, wie an sich bekannt, unterdrücken, trotzdem aber die Vereinfachung der Kompensatoreinrichtung erzielen, so kann man, wie in Abb. 14 durch Strichlinien angedeutet, an Stelle einzelner Empfänger Gruppen von z. B. bei der Horizontalpeilung lotrecht übereinander angeordneten Empfängern verwenden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich. Insbesondere kann die gegenseitige Beeinflussung der Empfangsamplituden auch durch andere Mittel und auf mannigfache andere Weise erfolgen.
So kann z. B. bei Verwendung eines Braunschen Rohres als Anzeigegerät eine Empfangsamplitude zur Ablenkung des Leuchtfleckes in der einen und eine andere zur Ablenkung in einer anderen Richtung benutzt werden. Ferner kann auch eine Empfangsamplitude zur Steuerung der Helligkeit des Leuchtfleckes benutzt werden. Dabei kann das Braunsche Rohr mit einer durchscheinenden Blende -versehen sein, deren Durchsichtigkeit im Ruhepunkt des Leuchtfleckes gleich Null ist und - falls ein Schwellwert erwünscht ist- erst von einem gewissen Abstand vom Ruhepunkt allmählich zunimmt.
Ferner können die einzelnen Empfangsamplituden zur Lichtstrahlensteuerung benutzt werden, z. B. mittels mehrerer vor einer gemeinsamen Lichtöffnung angeordneter Blenden, die von den Empfangsamplituden unabhängig voneinander geöffnet werden, so daß die wirksame Lichtöffnung stets der Blende geringster Öffnung entspricht (vgl.
Abb. 7 bis 10). Auch das Verfahren der Multiplikation der Empfangsamplituden läßt sich durch Lichtsteuerung z. B. mit Hilfe hintereinandergeschalteter Kerrzellen durchführen.
Da für das Hauptmaximum alle Charakteristiken die gleiche Amplitude aufweisen bzw. in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, kann die Anzeige gegehenenfalls auch von dem Vorhandensein der Amplitudengleichheit abhängig gemacht werden. Bei günstiger Wahl von nur drei Charakteristiken läßt sich erzielen, daß für die Nebenmaxima an keiner Stelle Amplitudengleichheit vorhanden ist, so daß die Nebenmaxima nicht zur Anzeige kommen. Es kann hierzu jede Schaltung oder Vorrichtung benutzt werden, die zur Anzeige der Gleichheit oder eines bestimmten Größenverhältnisses zweier oder mehrerer Größen geeignet ist. -Bei Verwendung eines Braünschen Rohres mit Ablenkung des Leuchtfleckes in zwei zueinander senkrechten Richtungen läßt sich die Amplitudengleichheit z. B. durch Anwendung eines Blickfensters in Form eines zu den Ablenkrichtungen unter 450 geneigten Schlitzes anzeigen. - Bei der Lichtsteuerung mittels getrennter Blenden kann die Amplitudengleichheit angezeigt werden, indem die Blenden den Lichtstrahl nur dann freigeben, wenn sie alle den gleichen Ausschlag erfahren. - Bei einer Verstärkerschaltung kann die Amplitudengleichheit angezeigt werden, indem der Verstärkungsgrad von -der Differenz je zweier Empfangsamplituden gesteuert wird.
Bei Benutzung des Kriteriums der Amplitudengleichheit zur Unterscheidung zwischen Haupt- und Nebenmaxima ist es vorteilhaft, die Bildung der verschiedenen Empfangsamplituden mittels mehrerer Empfangsgebilde verschiedener Basis, aber gleichen Frequenzbereiches vorzunehmen, weil hierbei stets ein bestimmtes Amplitudenverhältnis für das Hauptmaximum gewährleistet werden kann.
Die gewünschten Charakteristiken können gegebenenfalls auch dadurch erzielt werden, daß Schwingungen bestimmter. verschiedener Frequenz sendeseitig erzeugt und ausgestrahlt werden und daß an der Beobachtungsstelle Empfangsgebilde verwendet werden, die für die verschiedenen Sendefrequenzen die entsprechenden Richtcharakteristiken ergeben.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind bestimmte, scharf begrenzte Frequenzen für die Bildung der Richtcharakteristiken vorausgesetzt. Es ist aber auch möglich, mehr oder weniger breite Frequenzbereiche zu benutzen.
Die verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen können auch miteinander kombiniert werden.
Schließlich kann das neue Verfahren auch für Schallwellen in Luft und für elektromagnetische Wellen Anwendung finden.
, PATENTANSPRIJCHE I. Verfahren zur Richtungsbestimmung von in einem Medium sich fortpflanzenden Schwingungen, insbesondere von Schallwellen im Wasser, mittels gerichteter, vorzugsweise durch natürliche oder künstliche Drehung einstellbarer Empfangsgebilde, dadurch gekennzeichnet, daß durch Benutzung verschiedener Frequenzen oder verschiedenartiger Empfangsgebilde (Basis, Besetzung) oder durch beides mehrere Empfangsamplituden erzeugt werden, die den verschiedenen Frequenzen bzw. Empfangsgebilden zugeordnet sind und verschiedenen Richtcharakteristiken folgen, deren Nebenmaxima im Gegensatz zu den Hauptmaxima wesentlich gegeneinander verschoben sind bzw. in ihrer Größe verhältnismäßig stark voneinander abweichen, und daß diese Empfangsamplituden auf eine gemeinsame Anzeigevorrichtung - einwirken, die so ausgebildet ist, daß der Beitrag jeder Einzelamplitude zur Anzeigegröße außer von ihrer eigenen Größe auch von der der anderen Amplituden abhängt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Frequenzen bzw. Empfangsgebilden - zugehörigen Empfangsamplituden mittels einer nach vorheriger Mischung herauszusiebenden, von den Frequenzen der Einzelamplituden abweichenden Mischfrequenz auf die Anzeigevorrichtung einwirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung einer Empfangsamplitude durch eine andere Empfangsamplitude gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Geräuschempfang die verschiedenen Empfangsamplituden zur Steuerung der Verstärkung des gesamten in einem Telefon od. dgl. abzuhörenden Geräusches oder eines geeigneten Teiles davon benutzt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den verschiedenen Empfangsamplituden nur die jeweils kleinste zur Anzeige gebracht wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsamplituden in ihrem Produkt zur Anzeige gebracht werden.

7. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I bis 6, gekennzeichnet durch eine Empfangseinrichtung mit getrennten Zweigleitungen, die eingangsseitig über Filter verschiedenen Durchlaßbereiches oder Schwingkreise mit einem gemeinsamen Empfangsgebilde oder mit verschiedenartigen, d. h. durch ihren Frequenzbereich oder ihre räumliche Anordnung (Basis, Besetzung) sich unterscheidenden, aber gleichgerichteten Empfangsgebilden verbunden sind und ausgangsseitig mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung stehen, die die in den einzelnen Zweigen wirkenden Empfangsamplituden in einem Grade zur Wirkung bringt, der von der Stärke der übrigen Empfangsamplituden abhängig ist, indem jede Empfangsamplitude bzw. die Anzeige jeder Empfangsamplitude durch sämtliche anderen Empfangsamplituden gesteuert oder sonstwie beeinflußt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitungen der Empfangseinrichtung ausgangsseitig gemeinsam auf eine Mischeinrichtung einwirken, an die Siebmittel zum Aussieben einer der Mischfrequenzen angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die herausgesiebte Mischfrequenz nach Gleichrichtung zur Empfindlichkeitsregelung eines in einer anderen Zweigleitung liegenden Verstärkers dient.

IO. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Anwendung einer an sich bekannten Einrichtung zur multiplikativen Mischung, insbesondere einer Hexode, an deren einzelne Gitter je eine der zu mischenden Empfangsamplituden gelegt wird und an die sich ein Filter zum Aussieben der gewünschten Mischfrequenz anschließt.

II. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines quadratischen Gleichrichters als Mischeinrichtung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker der einen Zweigleitung durch die Amplitude der anderen Zweigleitung gesteuert- wird, deren Verstärker wiederum durch die Amplitude einer anderen Zweigleitung gesteuert wird usw.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Empfangsamplituden oder das empfangene Geräusch oder ein Teil desselben oder ein am Empfangsort erzeugter Hilfston einer mehrstufigen Verstärkung unterworfen wird und daß die Empfindlichkeit bzw. der Verstärkungsgrad der einzelnen Stufen durch je eine andere Zweigleitung gesteuert wird.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, gekennzeichnet durch Anordnung einer Verstärkerstufe, in der die zugeführte Empfangsamplitude zunächst in der aus dem Funkwesen bekannten Weise einer dynamischen. Lautstärkeregelung unterworfen wird, wonach sie den durch die anderen Empfangsamplituden gesteuerten Verstärkerstufen zugeführt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Empfangsamplituden gleichgerichtet und über getrennte Widerstände geleitet werden, die, in Reihe mit Gleichrichtern geschaltet, parallel liegende Zweige des Anzeigestromkreises bilden, wobei die Gleichrichter so geschaltet sind, daß sie für die zugeführten Empfangsgleichströme undurchlässig sind.

I6. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede der Zweigleitungen eine Lichtblende geöffnet wird und daß die Lichtblenden vor einer gemeinsamen Lichtöffnung angeordnet sind, so daß die wirksame Lichtöffnung stets der Blende mit der jeweils geringsten Öffnung entspricht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7, zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 5, gekennzeichnet durch die Anwendung der an sich bekannten additiven Mischung von Empfangsamplituden unterschiedlicher, aber nahe benachbarter Frequenzen, insbesondere mittels eines linearen Gleichrichters und anschließendes Aussieben der Differenzfrequenz.

I8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Braunsches Rohr als Anzeigegerät verwendet wird, wobei durch eine Empfangsamplitude eine Ablenkung des Leuchtfleckes in der einen und durch eine andere Empfangsamplitude eine Ablenkung in einer anderen Richtung bewirkt wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Braunschen Rohres als Anzeigegerät durch eine Empfangsamplitude die Helligkeit gesteuert und durch eine andere oder mehrere andere Empfangsamplituden die Ablenkung des Leuchtfleckes in das Blickfeld bewirkt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Braunsche Rohr mit einer durchscheinenden Blende versehen ist, deren Durchsichtigkeit im Ruhepunkt des Leuchtfleckes Null ist und mit dem Abstand von dem Ruhepunkt zunimmt.

2I. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Bauart, die nur dann anspricht, wenn die verschiedenen Empfangsamplituden in etwa gleicher oder in einer in bestimmtem Verhältnis zueinander stehenden Größe vorhanden sind, wobei die Bildung der verschiedenen Empfangsamplituden vorzugsweise mittels mehrerer Empfangsgebilde verschiedener Basis, aber gleichen Frequenzbereiches erfolgt.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen I8 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Braunsche Rohr mit einem Blickfenster in Form eines zu den Ablenkungen unter bestimmtem Winkel geneigten Schlitzes versehen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Empfangs anordnung, deren Empfindlichkeit von der Differenz der Intensitäten je zweier Empfangsamplituden gesteuert wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede der Empfangsamplituden eine Lichtblende bewegt wird und daß die Lichtblenden so zueinander und zu einer gemeinsamen Lichtquelle angeordnet sind, daß sie den Weg für den Lichtstrahl nur dann freigeben, wenn sie einen etwa gleichen oder in bestimmtemVerhältnis zueinander stehenden Ausschlag erfahren.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 24, gekennzeichnet durch eine Bauart, die nur dann anspricht, wenn die verschiedenen Empfangsamplituden sämtlich in bestimmter Mindeststärke vorhanden sind.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 25, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät, z. B. ein Braunsches Rohr, das gleichzeitig bzw. in sehr rascher Folge nacheinander und in räumlicher Nebeneinanderanordnung außer der resultierenden Amplitude auch noch die einzelnen Empfangsamplituden zur Anzeige bringt.

27. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Schwingungen verschiedener Frequenz ausgesandt werden, für die das oder die Empfangsgebilde die gewünschten Charakteristiken haben.

28. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 27, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von zwei oder mehr Schwingungen unterschiedlicher Frequenz und eine Empfangseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Zweigleitungen gegebenenfalls durch eine gemeinsame Leitung zu ersetzen sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer einzigen, z. B. geradlinigen Gruppe aus vielen, z. B. einundachtzig Emfängern eine Gruppe aus weniger, z. B. siebenundzwanzig Empfängern in entsprechend größerem Abstand vorgesehen ist, der zum Ausgleich der durch die größeren Abstände hervorgerufenen Vergrößerung der Nebenmaxima eine Gruppe aus 8I :27 = 3 Empfängern zugeordnet ist, die denselben Abstand haben wie die einundachtzig Empfänger der zu ersetzenden Gruppe, wobei die den beiden Gruppen zugehörigen Richtcharakteristiken in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7 zur Zusammenwirkung gebracht werden.