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Anlage und Verfahren zur Ortung von Schiffs-und Unterwasserzielen
Die
Erfindung geht aus von einer Anlage zum passiven Orten von Schiffs- und Unterwasserzielen
mit Hilfe von mindestens zwei Gruppenhorchanlagen nach dem Prinzip der Kreuzpeilung.
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Es ist bekannt, für den gerichteten Empfang von Wasserschallgeräuschen
sogenannte Gruppenhorchgeräte einzusetzen. Weiter ist das Prinzip der Kreuzpeilung
bekannt. Außerdem ist bekannt, das Frequenzspektrum von Unterwasserzielen zwecks
Identifizierung gewisser Schiffstypen zu analysieren.
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Befinden sich in einem von zwei Gruppenhorchanlagen zu überwachenden
Seegebiet zwei Ziele, so werden nach der herkömmlichen Technik von jeder Gruppenhorchanlage
zwei Teilungen eingemessen, was vier Schnittpunkte der Kreuzpeilungen ergibt, von
denen jedoch nur zwei Punkte den wahren Zielpositionen entsprechen. Bei Verwendung
weiterer Gruppenhorchanlagen und Einmessen weiterer Ziele erhöht sich die Zahl der
vorgetäuschten Zielpositionen entsprechend.
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Um diese Nachteile der bisher bekannten Anlagen zu beseitigen, ist
erfindungsgemäß eine Anlage zur passiven Ortung von Schiffs- und Unterwasserzielen
dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzpeilung von mindestens zwei Gruppenhorchanlagen
durchgeführt wird, wobei in jeder Anlage das gepeilte Geräusch in einer Anordnung
mehrerer gestufter Frequenzfilter in seine Frequenzanteile zerlegt, und das Ergebnis
in einen geeigneten Impulscode umgeformt wird. Ein Vergleich der Impulscoden in
der Bedienungsstation gibt Aufschluß darüber, ob es sich um ein oder mehrere gen
peilte Ziele handelt.
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Damit ist nicht nur die Grundlage einer exakten Kreuzpeilung mit
Gruppenhorchanlagen überhaupt gegeben, sondern darüber hinaus die Möglichkeit, von
einer Bedienungsstation aus über große Entfernungen die Gruppenhorchanlagen automatisch
derart zu steuern, daß große Seeräume periodisch überwacht werden können, wobei
erfindungsgemäß die Darstellung des überwachten Seeraumes auf einer Braunschen Röhre
maßstabsgetreu so daß die Lagen der Markierungspunkte auf dem Bildschirm den Zielpositionen
in dem Seegebiet entsprechen.
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Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Figur zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ortungsanlage.
in ihrer einfachsten Ausführungsform, bestehend aus zwei Gruppenhorchanlagen I und
2 und einer Bedienungsstation 3. Jede Gruppenhorchanlage besteht aus der Hydrophongruppe
II, 2I, den zugeordneten Vorverstärkern I2, 22, bei Betrieb von mehr als einem Kompensator
an einer Hydrophongruppe den zugeordneten Trenneinheiten I3, 23, den Kompensatoren
mit Servoantrieb I4, 24, dem Hauptverstärker 15, 25, den abgestuften Frequenzfiltern
I6, 26, den zugeordneten Codierungseinheiten 17, 27 und einer Abfrageeinheit I8,
28.
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Die Bedienungsstation besteht aus einer Steuereinheit 31, einer Ablenkeinheit32,
einer Anzeigeeinheit 33 und einer Vergleichseinheit 34.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: Soll z. B. eine stationäre. Anlage
ein quadratisches Seegebiet von 10 km Seitenlänge überwachen, dann werden die Hydrophongruppen
zweckmäßig an zwei nebeneinanderliegenden Eckpunkten des Quadrates angeordnet. Die
Steuereinheit steuert den Kompensator und damit die Peilrichtung der einen Anlage
langsam über das Seegebiet und den Kompensator und damit die Peilrichtung der zweiten
Anlage schnell hin und her, derart, daß sich der Schnittpunkt der beiden Peilstrahlen
nur in dem zu überwachenden Seegebiet bewegt, ohne bis ins Unendliche zu laufen.
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Angenommen die in ihrem Peilwinkel langsam gesteuerte Gruppenhorchanlage
faßt ein Ziel auf, dann wird das von diesem herrührende Geräusch durch z. B. 45
um je 100 Hz gestufte Filter im Bereich von beispielsweise 500 bis 5000 Hz analysiert.
Strahlt das Ziel nun ein gewisses Geräuschspektrum ab, so stehen hinter den einzelnen
Filtern nach Gleichrichtung verschieden hohe Spannungen, je nach dem jeweiligen
Frequenzanteil des Geräuschspektrums. Hinter jedes Filter sind nun z.B. drei bistabile
Multivibratoren als Codierungseinheiten geschaltet, die vor dem Codieren durch einen
»Löschimpuls« in bekannter Weise auf »Null« gestellt sind und deren Umklappspannungen
durch Spannungsteiler eingestellt werden können. Besitzt das Geräusch einen starken
Frequenzanteil im Bereich 500 bis 600 Hz, so. werden alle drei Multivibratoren umgeschlagen
und nun auf »Eins« stehen. Besitzt das Geräusch einen schwachen Frequenzanteil im
Bereich von 600 bis 700 Hz, so wird kein oder vielleicht nur ein Multivibrator umschlagen,
im Bereich 700 bis 800 Hz vielleicht zwei Multivibratoren usw.
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Dadurch sind bei 45 Filtern und je drei Multivibratoren 45.4, das
sind I80 Aussagemöglichkeiten über ein Geräusch gegeben. Die Abfrageeinheit übermittelt
nun, durch einen Auslöseimpuls gestartet, die jeweiligen Werte »Null« oder »Eins«
der Multivibratoren in gewünschter Reihenfolge an die Vergleichseinheit in der Bedienungsstation.
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In dieser Vergleichseinheit wird nun die Codierung je einer Gruppenhorchanlage
in einen, in diesem Falle 45. 3, däs ist I35stelligen Magnetspeicher eingeschrieben.
Diese Methode hat den Vorteil, daß Leitungsverluste und Übersprechen keinen Einfluß
auf die Ubertragung der Codierung ausüben.
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Der Startimpuls für die Abfrageeinheit wird in folgender Weise ausgelöst:
Der Kompensator des Gruppenhorchgerätes arbeitet in bekannter Weise nach dem Summe-Differenz-Verfahren.
Der Summenkanal steuert die Filter und damit die Codierungseinheiten an sowie einen
besonderen Verstärker I9, 29. Der wesentlich schärfer peilende Differenzkanal regelt
diesen Verstärker derart, daß er bei einem kleinen Differenzsignal voll ausgesteuert,
bei großem Differenzsignal dagegen gesperrt wird. Da ein Minimum des Differenzsignals
immer einem Maximum des Summensignals entspricht, und umgekehrt, wird bei Durchgang
eines Zieles durch die Peilung am Ausgang des Regelverstärkers ein scharfes Signal
auftreten, das nach Gleichrichtung einen monostabilen Multivibrator kurzzeitig umschlägt.
Der von diesem Multivibrator ausgehende Impuls ist der Startimpuls für die Abfrageeinheit.
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Die zweite Gruppenhorchanlage arbeitet in der gleichen Weise. Peilen
zu einem bestimmten Zeitpunkt beide Gruppenhorchanlagen ein Ziel, dann werden beide
Codierungen in je einen I35stelligen Magnetspeicher eingeschrieben. Hat z. B. der
erste Codierungsimpuls der einen Gruppenhorchanlage den Wert »Eins«, dann wird der
erste Magnetspeicher magnetisch auf »Eins« gehoben. Hat auch der erste Codierungsimpuls
der anderen Gruppenhorchanlage den Wert »Eins«, dann wird der dieser Gruppenhorchanlage
zugeordnete erste Magnetspeicher auch auf »Eins«- gehoben.
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Die beiden Lesespulen sind gegeneinander in Serie geschaltet. Stehen
beide Speicher auf »Null«, dann wird durch den Abfrageimpuls, der gleich dem Nullstellimpuls
wirkt, in den Lesespulen kein Impuls erzeugt. Stehen beide Speicher auf »Eins«,
dann wird durch den Abfrageimpuls in jeder Lesespule ein Impuls erzeugt, die sich
aber in ihrer Wirkung aufheben, da die Lesespulen gegeneinander in Serie geschaltet
sind. Stehen die Speicher auf ungleichen Werten, dann wird ein entweder positiver
oder negativer Impuls erzeugt. Dieser Impuls kennzeichnet einen Fehler zwischen
beiden Codierungen. Da sowohl positive als auch negative Impulse auftreten können,
setzt ein monostabiler Multivibrator alle negativen Impulse in positive um.
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Die Impulse werden in einem Kondensator 34a integriert, so daß die
Höhe der Spannung an diesem Kondensator ein Maß ist für die Differenz zwischen beiden
Codierungen. Die Spannung an diesem Kondensator steuert einen bistabilen Multivibrator
33 c an, der, je nach seinem Schaltzustand, die Helligkeitstastung der Anzeigeröhre
entweder öffnet oder sperrt. Das Niveau der Umschlagsspannung dieses Multivibrators
ist einstellbar und gibt damit die Möglichkeit, die Anzeige eines Zieles auf der
Braunschen Röhre z. B. nur bei absoluter Gleichheit der Codierungen zuzulassen,
oder bei gewissen kleineren oder größeren Fehleranteilen zwischen beiden Codierungen.
Dieses Niveau muß nach der akustischen Qualität des überwachten Seegebietes empirisch
eingestellt werden.
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Die Zielanzeige geschieht auf folgende Weise: Die Steuereinheit 3I
in der Bedienungsstation steuert die Kompensatoren I4, 24 beider Gruppenhorchanlagen.
Somit sind in der Bedienungsstation zu jedem Zeitpunkt beide Peilrichtungen gegeben.
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Die Peilrichtung der langsamer drehenden Gruppenhorchanlagen wird
in bekannter Weise auf die Bildröhre in der Anzeigeeinheit übertragen, wobei der
Drehpunkt des abgebildeten Peilstrahles an einen Punkt auf den Bildschirm gebracht
wird, dessen geometrische Lage der Position der Hydrophongruppe in dem Seegebiet
entspricht. Die Auslenkung des Elektronenstrahls in Peilrichtung geschieht mit Hilfe
eines Sägezahngenerators 33a in »Bootstrap«-Schaltung. Dabei wird der Sägezahn in
dem Moment abgeschlagen, wenn die Spannung des Ladekondensators einem angelegten
Gleichspannungsniveau entspricht. Die negative Abschlagflanke des Sägezahnes wird
zur Helltastung 33 b des Elektronenstrahles benutzt.
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Zur Herleitung des Gleichspannungsniveaus aus der Peilrichtung der
zweiten Gruppenhorchanlage wird ein einfaches Rechengetriebe 33 verwendet.
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Darin wird eine geradlinige Potentiometerbahn von einem Servomotor
in die Richtung geschwenkt, die der Peilung der langsamer gesteuerten Gruppenhorchanlage
entspricht.
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Darüber wird ein geradliniger Schleifer von einem zweiten Servomotor
derart geschwenkt, daß seine Richtung der Peilung der schneller gesteuerten Gruppenhorchanlage
entspricht. Damit kann an der Potentiometerbahn eine Gleichspannung abgegriffen
werden, deren Größe analog ist dem Abstand zwischen der Position der ersteren Hydrophongruppe
und der Position des Punktes der Kreuzpeilung.