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Schwimmende Lotboj e
Die Erfindung betrifft eine schwimmende Lotboje
mit einer Einrichtung zur aktiven und/oder passiven Ortung von Objekten in der (den)
durch die Richtcharakteristik(en) der Sende-Empfangs-bzw. Empfangsanordnung erfaßten
Richtung(en) mittels Unterwasserschall.
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Es ist bekannt, zur Ortung entfernter Gegenstände diese anzupeilen
oder anzuloten. Die Peilung, auch passive Ortung genannt, oder die Lotung, auch
aktive Ortung genannt, kann mittels elektromagnetischer oder akustischer Wellenstrahlung
erfolgen. Die Reichweite bekannter Vorrichtungen, die nach Verfahren dieser Art
orten, ist begrenzt durch die Ausbreitung der Wellen strahlung.
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Außerdem wird die Ortung ungenau für sehr weit entfernte Objekte.
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Es sind Horchbojen bekannt, die zur passiven akustischen Ortung sehr
weit entfernter Objekte ausgelegt werden, an Stellen, an denen die zu ortenden Objekte
erwartet werden. Diese Horchbojen sind mit einem Funksender ausgestattet, der bei
Empfang eines Geräusches in der akustischen Empfangsanordnung der Boje ein Funksignal
aussendet und auf diese Weise die Anwesenheit eines georteten Objektes an eine entfernte
Empfangsstation meldet. Mit dieser bekannten Horchboje kann aber nur die Anwesenheit
eines Objektes im Umkreis der Horchboje ermittelt werden, der Standort des Objektes,
also insbesondere die Richtung und Entfernung, in der das Objekt sich zu der Horchboj
e befindet, kann nicht ermittelt werden.
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Auch bei der gleichzeitigen Anwendung von mehreren solchen Horchbojen
ist eine genaue Ortsbestimmung des georteten Objektes nicht möglich, da auf die
Entfernung nur aus der Intensität der empfangenen Geräusche geschlossen werden kann.
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Für ferngelenkte Geschosse sind Ortungsvorrichtungen bekannt, die
im Geschoßkopf eingebaut sind und auf aktivem oder passivem Wege das Ziel orten.
Der Winkel zwischen der Flugrichtung des Geschosses und der Richtung auf das Ziel
wird dann durch Funk an die Lenkstation für das Geschoß übertragen. Da die Flugrichtung
des Geschosses ständigen, unkontrollierbaren Schwankungen unterworfen ist, kann
die absolute Lage des georteten Objektes, in diesem Fall ist es das Ziel, auch mit
dieser bekannten Vorrichtung nicht ermittelt werden.
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Um die Mängel zu beseitigen, die bei der Ortung mit bekannten schwimmenden
Lotbojen vorhanden sind, ist eine schwimmende Lotboj e der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung und Übertragung der Himmelsrichtung,
in der das Objekt von der Lotboje aus geortet wird, die gesamte Lotboje oder Teile
davon durch ein mittels eines Kompasses gesteuertes Servosystem stets in einer festen
Lage zur NS-Richtung gehalten wird, indem jede durch äußere Einflüsse erfolgende
Richtungsänderung der Ortungsgeräte durch eine gegenläufige Bewegung des kompaßgesteuerten
Servosysteins kompensiert wird.
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Die Richtcharakteristik der Empfangsanordnung weist dann infolge
der Stabilisierung in eine bekannte Himmelsrichtung. Zur Stabilisierung kann man
beispielsweise einen magnetischen Kompaß oder einen Kreiselkompaß vorsehen. Das
Anzeigegerät kann sich an einer Hauptstation an Land, auf einem Schiff oder Flugzeug
befinden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Empfangsanordnung
zusätzlich, vorzugsweise unter Verwendung eines Kreisels, gegenüber der Vertikalen
stabilisiert, beispielsweise derart, daß die Richtcharakteristik immer in horizontale
Richtung weist oder um einen festen Winkelbetrag gegenüber der horizontalen Ebene
geneigt ist.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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In Fig. I ist die als Schwimmboje ausgebildete Relaisstation einer
Vorrichtung nach der Erfindung im Querschnitt dargestellt. Gemäß Fig. I ist mit
I der Bojenkörper, mit 2 eine Ankertrosse, mit 3 ein Kreiselkompaß zur Stabilisierung
der Empfangsanordnung gegenüber der Himmelsrichtung, mit 4 die Empfangsanordnung
und mit 5 ein Funkgerät bezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:
An der Außenseite der Boje sind Schaufeln 6, 6' angeordnet, die über das Servosystem
7, das an den Kreisel 3 gekuppelt ist, so bewegt werden, daß die Boje und damit
die Empfangsanordnung 4, unabhängig von äußeren Störungen, immer in der gleichen
Winkellage bleibt. Die Empfangsanordnung 4 besteht aus mehreren in verschiedene
Himmelsrichtungen weisenden Unterwasserschallempfängern 8 bis I2, die gemeinsam
an den Kennungsgenerator 13 gekuppelt sind, Beim Empfang eines Schallsignals werden
in dem Kennungsgenerator I3 Kennungsimpulse ausgelöst, die dem Funkgerät 5 zugeleitet
werden und von dort drahtlos durch Funk an das nicht dargestellte Anzeigegerät übertragen
werden. Die Kennungen der Kennungsimpulse sind den einzelnen Empfängern 8 bis 12
derart zugeordnet, daß bei Empfang eines Kennungsimpulses aus der Art der Kennung
geschlossen werden kann, von welchem Empfänger der zugehörige Schallimpuls empfangen
wurde. Da die Empfänger 8 bis I2 infolge der Wirkung der Richtungsstabilisierung
3, 6 und 7 immer in die gleiche Richtung weisen, kann aus der Kennung die Richtung,
unter der sich das geortete Objekt befindet, abgelesen werden. Damit das Schwanken
der Boje, das durch den Seegang bewirkt wird, nicht auf die Empfangsanordnung 4
übertragen wird, ist diese mit einem Kreisel 14 ausgestattet, der mit dem am Bojenkörper
befestigten Servosystem I5 zusammenwirkt und die kardanisch aufgehängte Empfangsanordnung
immer in der gleichen horizontalen Lage hält.
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Zusätzlich zu den Empfängern 8 bis 12 können in Abänderung des dargestellten
Ausführungsbeispiels auch Lotimpulssender angeordnet werden, so daß die zu ortenden
Objekte aktiv, beispielsweise nach dem Impulsrückstrahlverfahren, geortet werden
können. Die Lotimpulse können dann beispielsweise drahtlos in den Lotimpulssendern
ausgelöst werden. Sie können aber auch nach einem bestimmten, vorher eingestellten
Programm ausgelöst werden, das gegebenenfalls von Zeit zu Zeit durch drahtlos übermittelte
Steuerimpulse mit der Anzeige synchronisiert wird. Schließlich ist es auch möglich,
an Stelle mehrerer, verschieden gerichteter Lotimpuissender einen einzigen Lotimpuls
sender mit scheibenförmiger Richtungscharakteristik vorzusehen. Die durch Lotung
ermittelte Entfernung des Objektes kann durch besondere Kennungssignale der Hauptstation
mitgeteilt werden. Gemäß einer anderen Abänderung des dargestellten Ausführungsbeispiels
kann auch nur ein einziger Empfänger vorgesehen sein, dessen Richtcharakteristik
gedreht wird. Zu diesem Zweck kann eine drahtlos ferngesteuerte Drehvorrichtung
vorgesehen sein.
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Es kann aber auch eine Drehvorrichtung vorgesehen sein, die die Richtcharakteristik
nach einem bestimmten, vorher eingestellten Programm dreht, das gegebenenfalls durch
drahtlos übertragene Steuerimpulse mit der Anzeige synchronisiert wird.
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Die Drehung der Richtcharakteristik kann unter Verwendung einer mechanischen
Drehvorrichtung durch Drehen der Wandler oder auf elektrischem Wege unter Verwendung
von verstellbaren Phasenschiebern oder Laufzeitgliedern oder. nach dem Summe-Differenz-Verfahren
erfolgen. Beide Möglichkeiten können naturgemäß auch kombiniert werden. Die empfangenen
Schalisiguale werden in einem solchen Fall einem Kennungsgenerator zugeleitet, in
dem sie Kennungsimpulse auslösen, deren Kennung der jeweiligen Winkellage der Empfangscharakteristik
bzw. der Richtung, aus der die Wellenstrahlung einstrahlt, zugeordnet ist. In
ganz
entsprechender Weise kann, sofern aktive Lotung vorgesehen ist, auch die Sendecharakteristik
geschwenkt werden.
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In einer dritten Abänderung des in Fig. I dargestellten Ausführungsbeispiels
ist für die Empfänger 8 bis 12 ein Schalter vorgesehen, der wahlweise einen der
Empfänger einschaltet. Dieser Schalter ist derart an den richtungsstabilisierenden
Kreisel 3 gekuppelt, daß jeder Schaltstellung des Schalters eine bestimmte gegenüber
der Himmelsrichtung orientierte Horch- oder Lotrichtung entspricht. Zu diesem Zweck
kann als Schalter eine Kreisscheibe vorgesehen sein, die von dem Kompaß ständig
eingenordet wird und die für jeden Empfänger oder, falls aktiv gelotet werden soll,
für jede der verschieden gerichteten Lotanordnungen einen an ihrem Umfang befindlichen
Kontakt aufweist.
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Über diese Kontakte werden dann von einem drehbaren Kontaktarm die
einzelnen Empfänger oder Lotanordnungen eingeschaltet. Der Kontaktarm ist gegenüber
dem Bojenkörper drehbar gelagert und wird von dem Kompaß nicht beeinflußt. Er kann
entweder drahtlos oder nach einem bestimmten Programm, das drahtlos synchronisiert
wird, verstellt werden. Die jeweilige Stellung des Kontaktarms kann drahtlos an
die Hauptstation gemeldet werden.
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Bei allen erwähnten Ausführungsbeispielen können die Empfangs- und/oder
Sendeorgane auch um zwei gekreuzte Achsen drehbar sein, so daß in alle Richtungen
des Raumes gelotet bzw. gepeilt werden kann.
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Die verschiedenen. Kennungen können sich nach Art der Morsesignale
voneinander unterscheiden.
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Es können zur Unterscheidung aber auch verschiedene Trägerfrequenzen
vorgesehen werden.
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Die Relaisstation kann auch als Tauchkörper ausgebildet sein. Ein
entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Gemäß Fig. 2 ist mit
23 eine Relaisstation bezeichnet, die am Meeresgrund verankert ist und über ein
Kabel und mit einer an der Wasseroberfläche schwimmenden Funkhake verbunden ist.
Die Funkbake 24 dient zur Aufnahme eines Funksenders zur Ubertragung der Ortungsergebnisse
und gegebenenfalls zur Aufnahme eines Funkempfängers zur Fernsteuerung der Relaisstation.
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Insbesondere, wenn sich die gesamte Station unter Wasser befindet,
ist die Übertragung der Meßergebnisse an die entfernte Anzeigestation auf drahtlos
akustischem Wege zweckmäßig. In diesem Fall ist an Stelle der Funkbake ein besonderer
Ultraschallsender vorgesehen, dessen Richtcharakteristik auf die entfernte Anzeigestation
weist. An der Anzeigestation ist dann ein entsprechender Unterwasserschallempfänger
vorgesehen.
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Es empfiehlt sich, Vorrichtungen nach der Erfindung mit einem vorzugsweise
drahtlos fernsteuerbaren eigenen Antrieb auszustatten.
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Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt.
Gemäß Fig. 3 ist mit 30 ein unbemannter Schwimmkörper, mit 3I ein Funkempfänger,
mit 32 ein Funksender, mit 33 ein Rudermotor, mit 34 ein Antriebsmotor, mit 35 ein
Kreisel zur Stabilisierung der Empfangsanordnung gegenüber der Himmelsrichtung und
mit 36, 37 eine Lotanordnung bezeichnet. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:
Von der entfernten Anzeigestation werden Funksignale ausgesendet, die in dem Empfänger
3I empfangen werden und zur Steuerung des Rudermotors 33, zur Steuerung des Antriebsmotors
34, zur Steuerung der Drehvorrichtung 36 für die sendenden und empfangenden Wandler
und zur Auslösung der Lotimpulse herangezogen werden. Die zu den verschiedenen Zwecken
dienenden Steuerimpulse haben zweckmäßigerweise unterschiedliche Kennung oder sind
auf unterschiedliche Trägerfrequenzen moduliert, so daß sie in dem Empfänger 3I
getrennt den zu steuernden Organen zugeleitet werden können. Die Empfangsanordnung
besteht aus einer Drehvorrichtung und den eigentlichen Empfangs-und Sendeorganen,
die in einem Dom untergebracht sind und in der Figur nicht sichtbar sind. Die Sende-
und Empfangsorgane können mittels der Drehvorrichtung 36 sowohl um die vertikale
als auch um die horizontale Achse gedreht werden, so daß in allen Richtungen unterhalb
des Schwimmkörpers gelotet werden kann. Zur Stabilisierung der Empfangsanordnung
gegenüber der Himmelsrichtung ist der Kreisel 35 an die Schwenkvorrichtung 36 derart
gekuppelt, daß durch Fernsteuerung oder durch Seegang bewirkte Schwenkungen des
Schiffes um die vertikale Achse kompensiert werden. Die empfangenen Echoimpulse
werden dem Funksender 32 zugeleitet und lösen in diesem Funksignale aus, die in
der entfernten Station zur Anzeige gebracht werden. Zur Kontrolle der Stellung der
Empfangs- und Sendeorgane werden diese Funksignale zweckmäßigerweise mit einer Kennung
versehen, die der jeweiligen Stellung der Empfangs- und/oder Sendesignale zugeordnet
ist.
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Naturgemäß kann mit der in Fig. 3 dargestellten Änordnung auch auf
passivem Wege geortet werden.
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In einer Abänderung dieses Ausführungsbeispiels sind zum Empfang
und/oder zum Senden Wandlergruppen vorgesehen, die aus mehreren Wandlern bestehen
und die zum Drehen der Richtcharakteristik auf elektrischem Wege mit verstellbaren
Phasenschiebern oder Laufzeitgliedern zusammenwirken. Die Verstellung der Phasenschieber
oder Laufzeitglieder erfolgt dann drahtlos und/oder wird drahtlos kontrolliert.
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In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
im Blockschaltbild dargestellt.
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Gemäß Fig. 4 ist mit 40 die Anzeigestation, mit 41 die Relaisstation
und mit 42 ein zu ortendes Objekt bezeichnet. Die Empfangsstation enthält ein nach
dem Impulsrückstrahlverfahren arbeitendes Funkortungsgerät 43 mit der dazugehörigen
rotierenden Antenne 44 und dem zugehörigen Anzeigegerät 45. Außerdem enthält die
Anzeigestation eine Funkantenne 46 mit einem zugehörigen Anzeigeorgan 47. Die Relaisstation
41 enthält einen Empfänger 48 für die von der Antenne 44 ausgehenden Funksignale,
einen Lotimpulsgeuerator 49,
eine Lotvorrichtung 50, bestehend aus
sendenden und empfangenden Wandlern, einen Echoimpulsverstärker 51 und einen Funksender
52. Außerdem kann noch ein weiterer Funksender 53 vorgesehen sein, der bei Empfang
eines Funkimpulses in dem Empfänger 48 einen Antwortimpuls aus sendet.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die Antenne 44 tastet
in bekannter Weise, indem sie sich langsam um die vertikale Achse dreht, die Umgebung
oder einen bestimmten Winkelbereich aus dieser Umgebung ab. Bei einer bestimmten
Stellung der Antenne 44 gelangt ein Peilimpuls zu dem Empfänger 48 der entfernten
Relaisstation.
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Dieser Impuls löst, sofern der Sender 53 vorges hen ist, über diesen
oder durch Reflektion ein Antwortsignal aus und stößt außerdem den Lotimpulsgenerator
49 an. Letzteres hat zur Folge, daß in der Lotvorrichtung 50 ein Lotimpuis ausgesendet
wird. Dieser Lotimpuls wird an dem zu ortenden Objekt 42 reflektiert und als Echoimpuls
in dem Empfangsorgan der Lotvorrichtung 50 empfangen.
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Der empfangene Echoimpuls wird im Verstärker 5I verstärkt und dem
Sender 52 zugeleitet, in dem ein entsprechender Funkimpuls ausgelöst wird. Dieser
Funkimpuls wird von der Antenne empfangen und von dem Anzeigegerät 47, das beispielsweise
als Schreiber oder als Kathodenstrahlröhre wie bei bekannten Echolotgeräten ausgebildet
sein kann, angezeigt. Der in der Antenne 46 empfangene Echoimpuls kann außerdem
dem Anzeigeorgan 45 zugeleitet werden und gemeinsam mit den von der Antenne44 georteten
Objekten zur Anzeige gebracht werden. Die Wirkungsweise und Ausbildung dieses Anzeigeorgans
wird unten an Hand der Fig. 5 erläutert.
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Die Relaisstation kann außerdem eine Vorrichtung zur Stabilisierung
der Empfangsanordnung gegenüber der Himmelsrichtung und eine drahtlos ferngesteuerte
Drehvorrichtung für die Lotvorrichtung 50 aufweisen. Die Stabilisierung der Vorrichtung
und die Drehvorrichtung sind in Fig. 4 der Übersicht halber nicht mit eingezeichnet.
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Sie sind entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ausgebildet.
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Ist eine solche Stabilisierung der Empfangsanordnung nicht vorgesehen,
dann können zur Be stimmung der Richtung mehrere Relaisstationen ausgelegt werden.
Aus der Anzeige der Entfernung des zu ortenden Objektes zu den einzelnen Relaisstationen
kann dann die Lage des Objektes errechnet werden.
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An Hand des in Fig. 5 dargestellten Bildschirms des Anzeigegerätes
45 wird nun die Funktionsweise und Ausbildung des Anzeigegerätes 45 näher erläutert.
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In Fig. 5 ist der kreisrunde Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre
dargestellt, an dessen Umfang eine Gradskala56 angeordnet ist. Der Kathodenstrahl
wird bei bekannten Funkortungsgeräten mit Panoramadarstellung periodisch radial
ausgelenkt, und der so entstehende Zeiger wird synchron mit der Drehung der Antenne
49 gedreht. Bei Empfang eines Echos in der Antenne 44 wird der Kathodenstrahl hellgetastet.
Auf diese Weise wird die Lage einer Relaisstation auf dem Bildschirm durch eine
Marke kenntlich gemacht. Auf dem dargestellten Bildschirm sind drei Marken 57 bis
59 sichtbar, die von drei an verschiedenen Orten ausgelegten Relaisstationen herrühren.
Die von der Antenne 46 empfangenen Ortungssignale bewirken ebenfalls eine Helltastung
des Kathodenstrahis. Ein Objekt, das von allen drei Relais stationen angelotet wird,
wird dann durch drei Zeichen 60 bis 62 kenntlich gemacht. Die Zeichen unterscheiden
sich durch ihre Kennung, aus der abgelesen werden kann, von welcher der drei Relaisstationen
das Ortungssignal herrührt. Der Winkelabstand a, b, c zwischen den Anzeigen 57 bis
59 der Relaisstation und den Anzeigen 60 bis 62 der Ortungssignale ist dann direkt
proportional dem Abstand zwischen dem zu ortenden Objekt und der entsprechenden
Relaisstation.
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Zur AbIesung der Winkel a, b, c ist am Umfang des Bildschirms eine
vorzugsweise drehbare Skala 63 vorgesehen, die zweckmäßigerweise in Entfernungseinheiten
geeicht ist.
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In Abänderung des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels kann
naturgemäß auch auf das Anzeigegerät 47 verzichtet werden. Ebenso kann die Antenne
46 in Wegfall geraten, wenn die Anteine 44 auch zum Empfang der von dem Sender 52
ausgehenden Ortungsimpulse ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, so können auch Empfängergruppen, bestehend aus mindestens drei nebeneinander
in vorzugsweise gleichem Abstand zueinander angeordneten, vorzugsweise auf gleiche
Empfangsfrequenz abgestimmten Empfängern zum Empfang der von einem zu ortenden Objekt
ausgehenden oder reflektierten Wellenstrahlung vorgesehen sein, die gemeinsam an
eine Vorrichtung zur Errechnung des Ortes des Objektes nach Entfernung und Richtung
aus den Phasendifferenzen zwischen den in den verschiedenen Empfängern empfangenen
Wellenstrahlungen gekuppelt sind.