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Verfahren und Vorrichtung zum Peilen mit Hilfe akustischer Wellen
Die
Erfindung betrifft Verfahren zum Peilen mit Hilfe akustischer Wellen unter Verwendung
zweier elektroakustischer Empfänger, deren Richtcharakteristiken sich überschneiden,
wobei durch gemeinsame Drehung der Richtcharakteristiken oder der Empfängeranordnung
in der Peilebene auf Gleichheit der von beiden Empfängern gelieferten elektrischen
Impulse eingestellt wird An Stelle zweier getrennter akustischer Emfänger kann auch
ein einziger Empfänger benutzt werden, der bzw. dessen Richtcharakteristik periodisch
zwischen zwei Winkelstellungen in der Peilebene unigeschaltet wird und der außerdem
um eine Achse senkrecht zur Peilebene schwenkbar ist. Peilverfahren dieser Art,
die mit Schallwellen oder mit elektromagnetischen Wellen arbeiten, sind bekannt.
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Die Richtcharakteristiken der benutzten Empfänger sind dabei möglichst
gleich ausgebildet und so gerichtet, daß sie sich in der Nähe der Hauptmaxima teilweise
überschneiden. Dabei sind die Richtungen der Hauptmaxima der Empfindlichkeit beispielsweise
alter einem solchen Winkel gegeneinander geneigt, daß Gleichheit der Empfindlichkeit
beider Empfänger für die Richtung vorhanden ist, in der die Empfindlichkeit der
beiden Empfänger nur noch 70°/o der Maxima beträgt.
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Zur Ermittlung der Richtung werden bei einer bekannten Peileinnchtung
dieser Art die Signale, welche aus den beiden den sich überschneidenden Richtcharakteristiken
zugeordneten Empfangskanälen kommen, durch binaurales Abhören miteinander verglichen
oder einem Zeiger instrument zugeführt,
an dem die Richtungsabweichung
des angepeilten Objekts nach rechts bzw. links von der Mittelebene der Empfängeranordnung
abgelesen werden kann. - Mit einer solchen Vorrichtung ist eine im Vergleich mit
der bekannten Maxtimalpeilung sehr genaue Richtungsermittlnxng. möglich, jedoch
ist der Winkelbereich, innerhalb dessen bei feststehender Empfängeranordnung ein
Objekt angezeigt wird, verhältnismäßig gering. Dies ist ein Nachteil insbesondere
bei der Verfolgung bewegter Objekte von einem Schiff aus, da diese Objekte selbst
dann, wenn sie einmal von der Meßeinrichtung aufgefaßt worden sind, leicht aus dem
Auffaßbereich auswandern können. Dies gilt insbesondere bei unruhiges See, da die
Beobachtung des Anzeigegeräts und die Nachstelitmg der Enipfängeranordnung in diesem
Falle sowieso schon stark erschwert sind und außerdem die durch den Seegang hervorgerufene
Schiffsbewegung das Auswandern des Ziels begünstigt.
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Durch die Erfindung wird das Halten bzw.
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Wiederauffinden eines einmal aufgefaßten Ziels wesentlich erleichtert,
da eine laufende Registrierung der Meßwerte in einer Form. vorgenommen wird, welche
die Richtungsabweichung des Objekts während des ganzen Zeitraums der Beob achtungerkennen
läßt. Auch nach dem Auswandern des Ziels kann man dabei stets ablesen, auf welcher
Seite der Empfängeranordnung das Ziel verschwunden ist und geslucht werden mui3.
Außerdem ermöglicht die Erfindung, wenn sie in Verbindung mit einem Echoverfahren
verwendet wird; die gleichzeitige laufende Registrierung der Zielentfernung auf
demselben Anzeigegerät.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Peilverfahren der eingangs
genannten Art als Anzeige vorrichtung ein die Metlimpulse aufzeichnendes Registriergerät
mit einem laufend weiterbewegten Registrierstreifen benutzt wird, daß im zeitlichen
Wechsel jeweils nur eine der beiden Empfängercharakteristiken zur Einwirkung auf
das Registriergerät gebracht wird und daß durch Schwenkung der Empfangsanordnung
auf gleiche Intensität der Registriermarken eingestellt wird. Dabei kann die Schwenkung
der Richtcharakteristiken beil fest eingebauten Empfängern durch an sich bekannte
elektrische Mittel oder aber im Falle gemeinsam beispielsweise in einem drelibaren
Gehäuse montierter Empfänger durch mechanische Mittel erfolgen.
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Es ist zwar ein Verfahren zur getrennten Echolotung auf beiden Seiten
eines Schiffes bekannt, bei welchem die Backbord- und Steuerbordechos durch Aufzeichnen
auf einem gemeinsamen Schreibstreifen verglichen werden. Der Zweck dieses bekannten
Verfahrens ist das Aufsuchen bzw. die Anzeige von Fischschwärmen; entsprechend dieser
Aufgabe erfolgt dabei die Lotung nach beiden Seiten des Schiffes getrennt. Es kommt
dabei lediglich auf die Überwachung der auf Backbord bzw. Steuerbord liegenden Wasserräume
. darin befindliche Fischschwärme an, nicht aber auf die genaue Richtungsbestimmung
eines Einzelobjekts innerhalb dieser Räume. Demzufolge werden auch die Backbordechos
und Steuerbordechos bei diesem bekannten Verfahren unter gegenseitiger Querversetzung
auf dem Regis-trierstreifen aufgeschrieben, um getrennte Anzeigen zu erhalten.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine exakte Richtungsbestimnung eines
Objekts dadurch ermöglicht, daß die den beiden sich überschneidenden Richtcharakteristiken
der Empfangsanordnung zugeordneten Anzeigen des Ziels auf dem Schreibstreifen des
Registriergerätes in unmittelbarer Nachbarschaft, d. h. ohne Querversetzung aufgezeichnet
werden, so daß sie bei Aufschreibung über einen längeren Zeitraum hinweg eine zusammenhängende
Registrierung ergeben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Ermitteln beliebiger,
d. h. nicht selbst Schallwellen aussendender Objekte das Impuls-Rückstrahlverfahren
verwendet.
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Dies kann in der Form geschehen, daß zur Aussendung v,on Meßimpulsen
ein vorzugsweise gerichteter Sender verwendet wird, dessen Richtcharakteristik beim
Peilen gleichzeitig mit der Richtcharakteris ti-k der Empfänger geschwenkt wird.
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Es kann natürlich auch ein feststehender Sender mit breiter Charakteristik
oder allseitiger Schallabstrahlung verwendet werden, doch wird man aus wirtschaftlichen
Gründen einen gerichteten Sender vorziehen.
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Als Sender für die Meßimpulse und als Empfänger für die reflekti,erten
Echoi,mpulse können dieselben elektroakustischen Wandler vorgesehen sein, die in
diesem Falle in zeitlichem Wechsel zum Senden und Empfangen benutzt werden, wie
dies an sich bei Echolotung bekannt ist. Wird dabei ein Registriergerät verwendet,
wie es für Zwecke der Echolotung benutzt wirdr so kann außer der Richtung des angepeilten
Objekts auch dessen Entfernung in an sich bekannter Weise auf dem Registrierstreifen
angezeigt werden. Ein solches Gerät enthält ein1 periodisch im Takt der Aussendung
der Meßitnplulse relativ zur Registrierfläche bewegtes Schreiborgan, wobei die Aufschreibung
beispielsweise mittels Funkendurchgang durch die Registrierfläche erfolgt.
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Durch ein derartiges Registriergerät läßt sich auch eine Trennung
von Echoimpulsen erreichen, die aus räumlich nahe benachbarten Entfernungsbereichen
kommen und die durch Abhören - bei akustischer Anzeige nicht mehr einwandfrei aufgelöst
werden können. Dadurch wird unter Umständen eine exakte Messung, die durch die Registrierung
auch noch eine nachträgliche Kontrolle und Auswertung erlaubt, überhaupt erst möglich
gemacht.
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Durch den Antriebsmotor des Registriergeräts können gleichzeitig
auch die Mittel z-uvr Umschaltung der beiden Empfänger, von denen jeweils nur einer
zur Einwirkung .auf das Registriergerät kommen soll, betätigt werden. Sind für beide
Empfänger getrennte Verstärkungskanäle vorgesehen, so kann die Umschaltung zwischen
dem Ausgang der beiden Verstärker und dem Registriergerät erfolgen. Falls nur ein
Ubertragungskanal vorge-
sehen- ist, erfolgt die Umschaltung der
Empfänger am Eingang; dieses Kanals.
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Um erkennen zu können, welchem Empfänger jeweils dié stärkere bzw.
schwächere auf dem Registrierstreifen aufgezeichnete Marke zugeordnet ist, sind
im Rahmen der Erfindung Mittel vorgesehen, um auf dem Registrierstreifen eine Kennzeichnung
des jeweils eingeschalteten akustischen Empfängers anzubringen. Die Kennzeichnung
kann dadurch erfolgen, daß bei Einschaltung des einen. Empfängers eine zusätzliche
Stfichmarke vorzugsweise am Rande des Registrierstfeifens aufgezeichnet wird, während
für den anderen Empfänger keine Marke aufgeschrieben wird. Eine andere Möglichkeit
der Kennzeichnung besteht darin, daß verschieden lange Schreibperioden für die beiden
Empfänger benutzt werden, die aus den Aufzeichnungen auf dem Registrierstreifen
erkennbar sind, sofern nicht beide Empfangseinrichtungen gleiche Meßspannungen liefern.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der schematisch ein Ausfubrungsbeispiel einer nach dem Echoimpulsverfahren arbeitenden
Peilanlage dargestellt ist.
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Das Registriergerät ist innerhalb der Umrandung I dargestellt. Die
beiden Empfänger 2 und 3 sind mit den getrennten Vorverstärkern 4 und 5 verbunden',
die beide auf den gemeinsamen Hauptverstärker 6 geschaltet sind. In der Figur sind
die Verstärker 4, 5 und 6 der tSbersichtlichlçeit halber getrennt dargestellt; sie
können jedoch, wie dies praktisch im allgemeinen der Fall sein wird, in einem einzigen
Gehäuse vereinigt sein. Für die Erzeugung der Meßimpulse ist ein Sender 7 vorgesehen,
der durch den elektrischen Generator 8 erregt wird. Die Vorrichtung zur Umschaltung
der beiden Empfänger 2 und 3 besteht aus einem Drehschalter 9, während mrr Erzeugung
einer Kennmarke auf dem Registrierstreifen für den einen der beiden Empfänger ein
weiterer Drehschalter IO vorgesehen ist, hinter den gegebenenfalls ein Zeichengeber,
beispielsweise Oszillograph II, geschaltet ist. Ferner ist als Spannungsquelle eine
Batterie I2 vorgesehen, die sowohl an den Drehschalter g als auch den Drehschalter
Io gelegt ist; es können selbstverständlich für beide Schalter auch getrennte Spannungsquellen
vorgesehen sein. Die beiden Schalter werden durch den Motor des R,egistriergeräts
I3 über das Getriebe 14 betätigt. Die eigentliche Schreibvorrichtung des Registriergeräts
I besteht aus einem endlosen Band I5, das über die Triebrolle I6 und die Führungsrolle
17 gelegt ist und das den Schreibstift I8 trägt. Die Triebrolle I6 wird über das
Getriebe 14 durch den Motor I3 angetrieben. Die Umdrehungszahl der Schalter und
die des ,endlosen Bandes ist zweckmäßig so bemessen, daß nach Einschaltung eines
jeden Wandlers 2 bzw. 3 mehrere Meßimpulse registriert werden. Das Verhältnis der
Umdrehungszahlen kann beispielsweise I: IO gewählt werden, wobei für jeden Wandler
jeweils fünf Lotperioden registriert werden.
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Zur Zuführung der Meßimpulse zum Schreibstift I8 dient eine Kontaktfahne
I9, die auf der Kontaktschiene 20 schleift. Die Kontaktschiene 20 ist mit dem Ausgang
des Hauptverstärkers 6 verbunden.
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Ferner ist am unteren Ende der Kontaktschiene 20 ein von dieser isoliertes
Kontaktstück 21 vorgesehen, das mit der Vorrichtung zur Erzeugung der Markierungsimpuise
verbunden ist. Den anderen elektrischen Pol der Schreibvorrichtung bildet die nicht
dargestellte metallische Führiungsfläche des Registrierstreifens 32, die an Masse
gelegt ist.
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Auf dem endlosen Band 15 ist ein Nocken 3I angeordnet, der mit dem
Kontakt 22 zusammenwirkt. Bei Betätigung dieses Kontak-ts wird im Generator 8 ein
Meßimpuls ausgelöst, wobei gleichzeitig durch den Schreibstift I8 die Nullinie 33
auf den Registrierstreifen 32 aufgezeichnet wird.
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Der Drehschalter g enthält einen rotierenden Kontaktarm 25 und zwei
Kontaktbahnen 26 und 27, die durch isolierende Zwischenstücke voneinander getrennt
sind. In der eingezeichneten Stellung des Kontaktarms 25 ist die von der Batterie
12 gelieferte negative Spannung an das Gitter einer im Vorverstärker 4 angeordneten
Röhre gelegt, die dadurch gesperrt ist. In dieser Stellung ist also der Empfänger
2 abgeschaltet, d. h., die von ihm gelieferten elektrischen Meßimpulse gelangen
nicht zum Hauptverstärker 6. Lediglich die Meßimpulse des Empfängers 3 werden über
den Verstärkungskanal 5, 6 dem Registriergerät I zugeleitet und regis.triert. Hierbei
entstenen beispielsweise Meßmarken 35. Gleichzeitig findet bei Anschaltung des Empfängers
3 eine Aufschreibung von Kennmarken 36 auf dem Registrierstreifen 32 statt.
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Zu diesem Zweck ist der Schalter IO mit einer leitenden oberen Kontaktbahn
29 ausgestattet, über die in der eingezeichneten Stellung des Kontaktarms 28 die
von der Batterie 12 gelieferte Spannung zur Auslösung eines Markierungsimpulses
im Oszillator 11 benutzt wird. Bei genügend hoher Spannung der Spannungsquelle 12
kann die Markierung auch ohne Oszillator vorgenommen werden, gegebenenfalls auch
durch eine Wechselspannung.
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DJe untere Bahn 30 des Schalters IO besteht aus isolierendem Material.
Steht der Kontaktarm 28 auf dieser Bahn, so findet keine Aufzeichnung von Meßmarken
auf den Registrierstreifen statt. In dieser Stellung des Kontaktarms 28 befindet
sich der mit ihm gekuppelte Kontaktarm 25 des Schalters g auf dessen unterer Kontaktbahn
27, wobei nunmehr der Empfänger 2 freigegeben und der Empfänger 3 gesperrt ist.
Durch den Empfänger 2 werden auf dem Registrierstreifen die Marken 34 aufgezeichnet,
die in der Darstellung schwächer bzw. kürzer erscheinen als die vom Empfänger 3
gelieferten Aufzeichnupgen 35.
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Aus der Darstellung der Marken 34 und 35 ist erkennbar, daß in diesem
Fall der Empfänger 3 die stärkeren Meßimpulse liefert; d. h., das angepeilte Objekt
befindet sich auf der S<ite des Empfängers 3. Werden die beiden Richtcharakteristiken,
die durch die gestrichelten Linien
23 und 24 angedeutet sind, im
Sinne des eingezeichneten Pfeils 37 geschwenkt, so nähert sich die Symmetrieebene
38 dem angepeilten Objekt.
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Dies äußert sich darin, daß die Meßmarken 34 nunmehr größer und stärker
werden, bis sie mit den Meßmarken 35 gleich sind.
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In dieser Stellung weist die Symmetrieebene 38 in die Richtung des
Objekts, und die Peilung ist damit beendet.
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Die Mittel zur Schwenkung der Richtoharakteristiken der Empfänger
2 und 3 und zur Schwenkung des Senders 7 sind in der Zeichnung der Einfachfheit
halber nicht dargestellt. Ist für dieS»hwenkung der Wandler eine mechanische Vorrichtung
vorgesehen, so ist die Bewegung der Wandler gekoppelt; im einfachsten Fall sind
die beiden Empfänger 2 und 3 und der Sender 7 in einem gemeinsamen drehbaren Gehäuse
angeordnet.
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In der Zeichnung ist eine Peil an, ordnung dargestellt, bei der neben
den Empfängern 2 und 3 ein besonderer Sender 7 für die Meßimpulse vorgeseihen ist.
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Werden dieWandler 2 und 3 ebenfalls als Sender benutzt, so ist es
möglich, beim Senden gleichzeitig stets beide Wandler vom elektrischen Generator
aus zu beaufschlagen; es können aber auch beide Wandler in zeitlichem Wechsel nacheinander
eingeschaltet werden, so daß jeweils nur einer als Sender und Empfänger wirkt. An
Stelle zweier Wandler 2, 3 kann auch ein einziger vorgesehen sein, dessen Winkelstellung
bzw. Charakteristik entsprechend den in der Zeichnung dargestellten Lagen umgeschaltet
wird.
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Die in der Figur dargestellte Vorrichtung mit dem Umschalter 10 zur
Erzeugung einer Kennmarke auf dem Registrierstreifen kann entbehrt werden, wenn
dafür gesorgt wird, daß die Registrierperioden für die beiden Empfänger verschieden
lang gewählt werden. Dies läßt sich sehr leicht dadurch erreichen, daß die Kontaktbahnen
des Umschalters 9 nicht wie in der Zeichnung dargestellt, gleich lang gemacht, sondern
mit verschiedener Länge ausgebildet werden. pATENTANSPR0CuE: 1. Verfahren zum Peilen
mit Hilfe akustischer Wellen unter Verwendung zweier elektroakustischer Empfänger,
deren Richtcha¢akteristiken sich überschneiden, wobei durch gemeinsame Drehung der
Richtcharakteriätiken oder der Empfängeranordnung in der Peilebene auf Gleichheit
der von beiden Empfängern gelieferten elektrischen Impulse eingestellt wird, bzw.
unter Verwendung eines einzigen akustischen Empfängers, der bzw. dessen Richtcharakter.istik
periodisch zwischen zwei Winkelstellungen in der Peilebene umgeschaltet wird und
der außerdem um eine Achse senkrecht zur Peilebene schwenkbar ist, dadurch gekennzeichniet,
daß als Anzeigevorrichtung ein die Meßimpulse aufzeichnendes Registriergerät mit
einem laufend weiterbewegten Registr.ierstreifen benutzt wird, daß im zeitlichen
Wechsel jeweils nur eine der beiden Empfangscharakteristiken zur Einwirkung auf
das Registriergerät gebracht wird und daß durch Schwenkung der Empfangsanordnung
auf gleiche Intensität der Regfstriermarken eingestellt wird.